אלקיל הלידים שיעור 143 15 : 28.04.2010 בגלל הקשר זו בכימיה אורגנית

Transcription

אלקיל הלידים שיעור 143 15 : 28.04.2010 בגלל הקשר זו בכימיה אורגנית
‫שיעור ‪ :15‬אלקיל הלידים‬
‫‪143‬‬
‫‪28.04.2010‬‬
‫שיעור ‪ :15‬אלקיל הלידים‬
‫התחלנו במשפחות ההאלקיל הלידים‪ .‬אולם מדוע מתעסקים במשפחה זו בכימיה אורגנית? בגלל הקשר‬
‫המיוצר להליד‪ ,‬הקבוצה הזו מאפשרת לקבל חומרי מוצא לקבלת כמעט כל המשפחות האחרות‪.‬‬
‫מבנה האלקיל‪-‬הלידים‬
‫הקשר בין הפחמן וההלוגן נעשה ארוך יותר וחלש יותר ככל שההלוגן נמוך יותר בשורות הטבלה‬
‫המחזורית‪ .‬כמו כן‪ ,‬הקשר הזה הוא די מקוטב בו הפחמן הוא דלתא‪-‬פלוס וההלוגן הוא הדלתא‪-‬מינוס‪ ,‬כי‬
‫להלוגן אלקטרושליליות יותר גבוהה מפחמן‪ .‬זה עוזר לנו להבין את התגובות הבאות שנלמד בנוגע‬
‫לאלקיל הלידים‪.‬‬
‫מבחינת נומנקלטורה יש לזכור כי כאשר מתחילים למספר אלקיל‪-‬הלידים‪ ,‬לא חייבים להתחיל את‬
‫השרשרת בצד של האלקיל הליד‪ ,‬כי זו אינה קבוצה פונקציונאלית בעלת חשיבות כמו זו של קשר כפול‬
‫או כהל‪ .‬יחד עם זאת‪ ,‬עדיין שומרים‬
‫על החוק שבו סך המקדמים של‬
‫המתמירים‪ ,‬כולל ההלוגנים‪ ,‬צריך‬
‫להיות מינימלי ולפי סדר א"ב אם הוא‬
‫סימטרי‪.‬‬
‫קבלת אלקיל‪-‬הלידים‬
‫אלקיל‪-‬הלידים הם לא מסיסים במים‪ ,‬לרוב הם שוקעים‪ .‬האופי ההידרופובי של הקבוצה הפחמנית גובר‬
‫על האופי ההידרופילי של הקבוצה ההלוגנית וכן גודלם של ההלוגנים מונע ליצור קשרי מימן חזקים‪.‬‬
‫נקודות הרתיחה יותר גבוהות‪ ,‬יחד עם זאת‪ ,‬כי הם עדיין כבדים יותר מאשר אלקאן מקביל שיש עליו‬
‫מימן‪.‬‬
‫ייצור‬
‫של‬
‫אלקיל‪-‬הלידים‬
‫יכול‬
‫להיעשות על ידי סיפוח של אלקנים –‬
‫או על ידי ‪ X2‬או על ידי ‪ .HX‬כמו כן‬
‫אנחנו יכולים להתמיר הלוגנים על‬
‫אלקאנים בעזרת תגובה עם אור‪ ,‬אולם‬
‫זו ריאקציה בעייתית כי היא לא‬
‫ספציפית – התוצרים יהיו מגוונים‪,‬‬
‫אלקיל‪-‬הלידים בכל מיני רמות‪ .‬אם יש‬
‫אפשרות להשתמש באלקן‪ ,‬זה עדיף‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪144‬‬
‫תגובות של אלקיל הלידים‬
‫אלקיל הלידים יכולים לעבור שני סוגי תהליכים‪ :‬התמרה ואלימינציה‪ .‬התשובה לשאלה האם האלקיל‪-‬‬
‫הליד יעבור התמרה או אלימינציה תלויה באופי האלקיל הליד‪ ,‬ההלוגן‪ ,‬המגיב שאיתו‪ ,‬והסביבה שלהם‪.‬‬
‫מכיוון שהקשר בין האלקיל להלוגן הוא מקוטב‪ ,‬נוקליאופילים – חומרים עם מטען שלילי או זוג‬
‫אלקטרונים ‪ – LP‬יכול ליצור קשר עם הפחמן‪ .‬כאשר הנוקליאופיל נקשר לפחמן‪ ,‬יש יותר מדי קשרים‬
‫ולכן ההלוגן יוצא החוצה כי הקשר שלו לאלקיל לרוב בעל אפיניות חלשה יותר‪ .‬זוהי תגובה התמרה‬
‫)‪.(Substitution‬‬
‫במקרה אחר‪ ,‬יכול לקרות מצב שבו הנוקליאופיל‪ ,‬שנוסף על היותו נוקליאופיל הוא לרוב גם בסיס חזק‪,‬‬
‫תולש מימן מהאלקיל‪ .‬כתוצאה מתלישת המימן‪ ,‬ישנה "העדפה" לפליטה גם של ההלוגן על מנת ליצור‬
‫קשר כפול בין הפחמנים‪ .‬תהליך זה הוא תהליך אלימינציה )‪(Elimination‬‬
‫החומר יכול לנהוג כנוקליאופיל שיתקוף פחמן או בסיס שיתקוף מימן‪.‬‬
‫האם יש חוקים בנוגע להתנהגות של‬
‫החומרים? האם ניתן לדעת אם נקבל‬
‫התמרה או אלימינציה‪ ,‬בהינתן תנאי‬
‫סביבה ומגיבים מסויימים? במקרים‬
‫רבים נקבל את תוצרי שתי התגובות;‬
‫אבל‪ ,‬השיעורים הבאים יעסקו בשאלת הזיהוי בין התנאים המשוייכים לתוצרים‪.‬‬
‫מנגנוני התמרה‬
‫ישנן שתי תגובות ששתיהן תגובות התמרה‪ ,‬אולם אנו מבדילים ביניהן במנגנונים גם אם התוצרים עשויים‬
‫להיות דומים‪:‬‬
‫•‬
‫‪ – SN1‬התמרה נוקליאופילית חד‪-‬מולקולארית‪.‬‬
‫•‬
‫‪ – SN2‬התמרה נוקליאופילית בי‪-‬מולקולארית‪.‬‬
‫בטיפוס הראשון אנחנו יודעים שיש תוצר ביניים‪ .‬בריאקציה יש קרבוקטיון כתוצר ביניים‪ ,‬ולכן אנו‬
‫מבינים שהתהליך עובד במנגנון של שני שלבים‪ :‬יצירת קרבוקטיון והמשך לתוצר הסופי‪ .‬בטיפוס‬
‫ההתמרה השני אין תוצר ביניים‪ ,‬ולכן המנגנון הוא בצעד אחד‪ :‬המגיב תוקף‪ ,‬נוצר מצב מעבר‪ ,‬ואנחנו‬
‫מקבלים תוצר סופי‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :15‬אלקיל הלידים‬
‫‪145‬‬
‫התמרה מטיפוס ‪SN2‬‬
‫הריאקציות האלה הן מסדר שני‪ ,‬ולכן המהירות שווה לקבוע קינטי כפול ריכוז הנוקליאופיל התוקף וכפול‬
‫ריכוז האלקיל הליד‪ .‬ריכוז נמוך מדי של נוקליאופיל יאט את הריאקציה – אם יש מעט מאוד נוקליאופיל‬
‫יכול להיות שהריאקציה כלל לא תקרה; כנ"ל לגבי‬
‫ריכוז האלקיל הליד‪ .‬לכן התגובה היא בי‪-‬‬
‫מולקולארית‪ :‬שני המגיבים חשובים למפגש‬
‫ביניהם כדי שתהליך יתרחש‪.‬‬
‫תהליך תגובת ‪SN2‬‬
‫התהליך‪ ,‬כך אנו טוענים‪ ,‬מתרחש במכה אחת‪ :‬הנוקליאופיל )‪ OH‬בדוגמה( תוקף את הפחמן‪ ,‬ובו זמנית‬
‫הקשר עם הברומיד יוצא‪ .‬אם נסתכל עכשיו מה קרה‬
‫לטטראדר‪ ,‬אנחנו רואים שהוא התהפך‪ :‬המנגנון‬
‫גורם להיפוך קונפיגורציה בטטראדר‪.‬‬
‫כתוצאה מעובדה זו‪ ,‬אם לאלקיל הליד הראשוני הייתה פעילות אופטית ולמשל היה אננטיומר ‪ ,R‬אחרי‬
‫התגובה ‪ SN2‬תתהפך הקונפיגורציה‪ :‬ריאקציה מטיפוס ‪ SN2‬יוצרת תוצר הפוך מבחינת הקונפיגורציה‬
‫למגיב‪ .‬הסיבה שההלוגן תוקף מהצד השני היא שהצד של ההלוגן תפוס‪ ,‬ולכן הנוקליאופיל נכנס מהצד‬
‫ההפוך להלוגן‪.‬‬
‫מצב המעבר ב‪SN2-‬‬
‫הנוקליאופיל תוקף את הפחמן – אנחנו מקבלים מצב‬
‫מעבר בו הנוקליאופיל לא יצר לחלוטין את הקשר‬
‫וההלוגן עדיין לא עזב‪.‬‬
‫ניתן לראות ששלושת הקבוצות הנוספות של הטטראדר‬
‫מיישרות את הזווית ביניהן כך שהן יושבות על אותו‬
‫המישור – אנחנו רואים מעבר זמני של הקשרים מ‪SP3-‬‬
‫ל‪ .SP2-‬מהר מאוד ההלוגן עוזב‪ ,‬הקשר לנוקליאופיל‬
‫מתקבע‪ ,‬וההיברידיזציה של שלוש הקבוצות האחרות‬
‫חוזרת ל‪ SP3-‬אבל הפעם פונים לצד השני‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪146‬‬
‫דומיננטיות של תוצרי ‪SN2‬‬
‫כשאנו שמים אלקיל הליד עם נוקליאופיל בתמיסה‪ ,‬מהו השיקול העיקרי בנוגע לקבלת תגובה? התשובה‬
‫היא שיקולים קינטיים‪ :‬המסלול הכי מהיר הוא זה שייתן את התוצר העיקרי‪ .‬אם כן‪ ,‬מתי התוצרים של‬
‫‪ SN2‬יהיו העיקריים?‬
‫•‬
‫מבנה האלקיל הליד – ראשוני‪ ,‬שניוני או שלישוני‪.‬‬
‫•‬
‫התגובתיות של הנוקליאופיל – קצב התגובה שלו‬
‫•‬
‫ריכוז הנוקליאופיל‬
‫•‬
‫הממס – האם הממס הוא מים או כהל? ממס פולארי פרוטי או א‪-‬פרוטי‪ ,‬או אולי ממס לא פולארי?‬
‫•‬
‫זהות הקבוצה העוזבת – האם ההלוגן הוא ברום או כלור?‬
‫גורמים אלו משפיעים על קצב הריאקציה של המנגנון; אם נדע לשלוט בהם נדע מתי המנגנון יהיה‬
‫הדומיננטי ומתי הוא לא יתרחש בכלל ואולי מנגנון אחר יתרחש‪.‬‬
‫השפעת מבנה האלקיל‪-‬הליד‬
‫הריאקציה מטיפוס ‪ SN2‬רגישה מאוד להפרעות מרחביות – שהרי הנוקליאופיל צריך לקשר פחמן שיש לו‬
‫שלוש קבוצות נוסף על ההליד; אם הקבוצות האלה יהיו מאוד נפחיות‪ ,‬הן יפריעו לדרך הגישה של‬
‫הנוקליאופיל‪ .‬משום כך‪:‬‬
‫•‬
‫מתיל‪-‬הלידים מגיבים מהר מאוד‬
‫•‬
‫אחריהם מגיבים מהר האלקיל‪-‬הלידים‬
‫הראשוניים‬
‫•‬
‫התגובה של אלקיל הליד שניוני תקרה‬
‫לרוב רק בריכוז גבוה מאוד של האלקיל‬
‫הליד‬
‫•‬
‫אלקיל הליד שלישוני לא יעבור ‪.SN2‬‬
‫•‬
‫גם פחמנים ויניליים לא יגיבו‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :15‬אלקיל הלידים‬
‫‪147‬‬
‫האיור מציג את סדר הריאקטיביות של אלקיל‪-‬הלידים שונים‪ .‬המספרים הירוקים מציגים את יחסי‬
‫המהירות של התגובה בכל צורה של אלקיל הליד‪ ,‬ביחס לניאופנטיל‪ .‬ניאופנטיל הוא אלקיל‪-‬הליד ראשוני;‬
‫למה הוא מגיב כה לאט? הסיבה היא שלמרות שזה אלקיל‪-‬הליד ראשוני יש לו קבוצה אחת שהיא כה‬
‫נפחית שהיא מסתירה את הפחמן לחלוטין‪ ,‬ולכן הסבירות שזה‬
‫יתרחש היא נמוכה יחסית לאחרים‪.‬‬
‫בתרשימי אנרגיית האקטיבציה‪ ,‬אנחנו יכולים לראות שהפרעות מרחביות מהוות הפרעות של דחייה; יש‬
‫דחייה בין קבוצות שונות – בין נוקליאופיל לקבוצות המתמירות‪ .‬ככל שיש פחות הפרעות של דחייה‬
‫אנרגיית האקטיבציה נמוכה יותר ולכן התגובה מהירה יותר‪.‬‬
‫השפעת הממס‬
‫קיימים ממסים שונים בכימיה האורגנית; הטבלה מחולקת בקו אדום לממסים פולאריים וממסים לא‪-‬‬
‫פולאריים‪ ,‬הידרופוביים‪ .‬המקדם הטוב לשאלה הזו הוא המקדם הדיאלקטרי )עמודה שנייה מימין(‪ :‬ככל‬
‫שהמקדם גבוה יותר‪ ,‬לרוב הממס נחשב יותר פולארי‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪148‬‬
‫בקבוצת הממסים הפולאריים יש חלוקה פנימית לממסים פרוטיים וממסים א‪-‬פרוטיים‪ .‬התכונה של‬
‫פרוטיות מתייחס לפרוטון‪ ,‬כלומר ‪ .H+‬ממסים כמו מים או כהל‬
‫חיובי הם ממסים פרוטיים‪ ,‬שהחלק הפולארי שלהם קשור במימן‪.‬‬
‫ממסים כאלה לרוב יודעים ליצור קשרי מימן עם המומסים שלהם‪.‬‬
‫הם יכולים למשל להמס קטיונים ואניונים על ידי הסתדרות לפי‬
‫הקוטביות של המולקולות‪ ,‬התקרבות של המימנים סביב האניון‬
‫ויצירת מעטפת הדוקה של מימנים‪.‬‬
‫הממסים הא‪-‬פרוטיים אומנם פולאריים‪ ,‬אבל אין להם פרוטון; ולכן הם יכולים להתקרב לאניונים אבל לא‬
‫באותה מידת אינטימיות‪.‬‬
‫מבחינת ההשפעה על הריאקציה‪ ,‬הריאקציה שלנו דורשת אלקיל הליד ונוקליאופיל‪ .‬הנוקליאופיל הוא‬
‫לרוב אניון‪ .‬כאשר יש אניון אנחנו זקוקים לממס שיכול להמס את האניון‪ .‬משום כך‪ ,‬התמרות של ‪SN2‬‬
‫יכולות להתבצע רק בממס פולארי‪.‬‬
‫מבין הממסים הפולאריים‪ ,‬מה עדיף? ממס פרוטי או א‪-‬פרוטי? הנוקליאופיל הוא האניון והוא צריך לתקוף‬
‫נוקליאופיל; על מנת להגביר את יעילות התגובה אנחנו שואפים שהנוקליאופיל יהיה כמה שיותר‬
‫ריאקטיבי ומהיר‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :15‬אלקיל הלידים‬
‫‪149‬‬
‫בגרדיינט הבא אנו רואים את הריאקטיביות של התגובה כפי שהיא מושפעת על ידי ממסים שונים‪ .‬ניתן‬
‫לראות שבממסים פולאריים א‪-‬פרוטיים התהליכים האלה הרבה יותר מהירים; אין זה בא להגיד שהתגובה‬
‫לא מתרחשת בממסים פרוטיים‪ ,‬אבל זה פשוט הרבה יותר מהיר בממס א‪-‬פרוטי‪.‬‬
‫ההסבר לכך הוא העובדה שהנוקליאופיל השלילי מגיב עם הממס כאשר הוא נמצא בממס פרוטי;‬
‫הנוקליאופיל מוקף במימן והוא יציב למדי בתוך הממס‪ .‬במצב כזה של ייצוב הוא לא נוטה כל כך לצאת‬
‫ממערכת ההגנה שלו ולתקוף את האלקיל‪-‬הליד‪.‬‬
‫בממס א‪-‬פרוטי לעומת זאת‪ ,‬העטיפה פחות הדוקה ולכן מצב היציבות של הנוקליאופיל נמוך יותר והוא‬
‫יהיה נכון להגיב‪ .‬ככל שהמגיבים יותר יציבים התגובה תהיה איטית יותר‪.‬‬
‫אופי הנוקליאופיל‬
‫כיצד נוכל להבחין בין נוקליאופיל חזק לנוקליאופיל חלש? כאשר אנו מתבקשים לדעת מהו בסיס יותר‬
‫טוב‪ ,‬אנו משתמשים בנתון ‪ ,Kb‬שהוא פרמטר תרמודינמי; לעומת זאת נוקליאופיל טוב יותר נמדד על פי‬
‫פרמטרים קינטיים‪ ,‬ולא תמיד יש קורלציה בין השניים‪ ,‬ואין לנו טבלאות חישוביות לנושא‪.‬‬
‫הגרדיינט הבא מראה ריאקטיביות של נוקליאופילים‪ ,‬כאשר התגובות נעשות בממס פולארי‪.‬‬
‫אם נשווה בין מים כנוקליאופיל לעומת ‪ ,OH-‬אנחנו מיד רואים שיון שלילי של אותו אטום מרכזי הוא‬
‫נוקליאופיל הרבה יותר טוב מהמולקולה הנייטרלית‪ .‬אם נשווה בין ‪ NH3‬והיון ‪ ,NH2-‬שוב היון היה טוב‬
‫יותר‪.‬‬
‫אם הנוקליאופילים בעלי גודל שונה אבל אותה משפחה‪ ,‬ככל שיורדים בשורות של הטבלה‬
‫המחזורית הנוקליאופיל טוב יותר‪.‬‬
‫מבין החומצות ההלוגניות‪ HI ,‬היא החומצה‬
‫הכי חזקה ו‪ HF-‬הכי חלשה‪ ,‬כי ככל שהאטום‬
‫המרכזי גדול יותר אורך הקשר קצר יותר‬
‫והמימן משתחרר בקלות רבה יותר‪ .‬ככל‬
‫שהחומצה חלשה יותר‪ ,‬הבסיס חזק יותר‪ .‬ואם‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫‪150‬‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫משווים חומרים מאותו הטור‪ ,‬ככל שהבסיס חלש יותר הוא נוקליאופיל טוב יותר‪.‬‬
‫יחד עם זאת בסביבה לא‪-‬פרוטית הטיעון הזה הפוך‪ :‬בממסים לא פרוטיים דווקא ‪ Cl-‬יהיה יציב יותר מ‪ ,I--‬כי‬
‫כבר אין היצמדות כה חזקה של מולקולות הממס לאניון‪.‬‬
‫הקבוצה העוזבת‬
‫אם הקשר בין הפחמן לקבוצה‬
‫שאמורה לנטוש הוא חזק‪ ,‬לא‬
‫ייקרה כלום‪ .‬לכן יש חשיבות‬
‫לקלות בה ניתן להוציא החוצה את‬
‫הקבוצה העוזבת – עד כמה‬
‫הקבוצה העוזבת היא קבוצה‬
‫עוזבת טובה‪.‬‬
‫שימו לב‪ :‬לא מתייחסים למימנים כקבוצה עוזבת שמעיפים‪.‬‬
‫אם נסתכל על הגרדיינט נראה ששלושת הקבוצות משמאל הן קבוצות עוזבות מאוד גרועות; כהל‪,‬‬
‫אמידים ואלקילים הם קבוצות עוזבות גרועות‪ .‬אטומים אלו הם קטנים ולכן יוצרים קשר קוולנטי קצר‬
‫וחזק עם הפחמן‪ .‬לכן לא ניתן לעשות התמרה פשוטה עם כהלים‪ .‬לעומת זאת‪ ,‬באלקיל הלידים שבהם אנו‬
‫מעוניינים לעשות התמרה‪ ,‬יש הלוגנים‪.‬‬
‫מבין ההלוגנים‪ ,‬פלואור הוא הקטן ביותר והוא גם תפוס חזק יחסית; אבל מהשורה השלישית בטבלה‬
‫המחזורית האטומים גדולים יותר‪ .‬הקשר ארוך יותר‪ ,‬ולכן ההלוגן מהווה קבוצה עוזבת טובה יותר‪ .‬ככל‬
‫שהקבוצה העוזבת היא בסיס חלש יותר אזי היא קבוצה עוזבת טובה יותר‪ .‬ההסבר לכך הוא‬
‫שהקבוצה העוזבת מהווה יון יציב בפני עצמו‪ ,‬ולכן תיטה יותר לעזוב את המולקולה ולעמוד בפני עצמה‬
‫כאניון יציב‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :15‬אלקיל הלידים‬
‫‪151‬‬
‫•‬
‫הגרף העליון משמאל מראה את השפעת סוג האלקיל הליד – מסועף יותר )ירוק( או פחות )ורוד(‪.‬‬
‫•‬
‫הגרף העליון מימין מראה את איכות הנוקליאופיל – עם נוקליאופיל חזק יש נקודת מוצא גבוהה יותר‬
‫מאשר נוקליאופיל חלש‪ .‬שימו לב שבגרף הקודם אנרגיית האקטיבציה השתנתה אבל לא אנרגיית‬
‫האיניציאציה; כאן השיא או אותו שיא אבל לנוקליאופיל חלש יש יציבות שניתנת על ידי הממס ולכן‬
‫רמת האנרגיה שלו נמוכה יותר ולכן ההפרש עד השיא נטו הוא גדול יותר הבעיה נובעת מיציבות‬
‫הנוקליאופיל ולא מאופי מצב המעבר‪.‬‬
‫•‬
‫שמאל למטה – קבוצה עוזבת טובה מול גרועה‪.‬‬
‫•‬
‫ימין למטה‪ -‬ממס פרוטי לעומת א‪-‬פרוטי‪.‬‬
‫סיכום‬
‫אנחנו יכולים לבדוק שהתוצרים של התגובה היו אכן ‪ SN2‬על ידי בדיקת היפוך קונפיגורציה אם למגיב‬
‫הייתה פעילות אופטית וגם לבדוק יותר לעומק את התוצרים‪.‬‬
‫תגובה ‪SN1‬‬
‫ריאקציה זו מתרחשת בשני צעדים‪ :‬יש מצב מעבר ראשון‪ ,‬תוצר ביניים‪ ,‬מצב מעבר שני ותוצר סופי‪.‬‬
‫תוצר הביניים המתקבל הוא לרוב קרבוקטיון‪ .‬מכיוון שיש שני צעדים‪ ,‬עלינו להחליט מי משניהם קובע‬
‫את המהירות‪ ,‬וכך להחליט מה סדר הריאקציה הקינטי‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪152‬‬
‫עדויות ניסויות לתגובה‬
‫•‬
‫קינטית‪ ,‬מצאו שקצב הריאקציה הוא מסדר ראשון לפי ריכוז האלקיל‪-‬הליד‪ .‬התגובה אינה מושפעת‬
‫מריכוז הנוקליאופיל‪ .‬כלומר ששינוי הריכוז של הנוקליאופיל לא משנה את קצב התגובה – זה כבר‬
‫מעיד על מנגנון שונה‪.‬‬
‫•‬
‫כמו כן‪ ,‬קצב הריאקציה דווקא נעשה מהיר יותר ככל שהאלקיל‪-‬הליד מסועף יותר – כלומר‬
‫הפוך מ‪ ,SN2-‬השלישוני דווקא יהיה המהיר ביותר‪.‬‬
‫•‬
‫שלישית‪ ,‬אם נתחיל מאלקיל הליד אננטיומר‪ ,‬התוצרים יהיו תערובות רצמיות – לא נקבל תוצר עם‬
‫פעילות אופטית מסויימת‪ .‬זהו עוד דבר שונה לחלוטין לעומת ‪.SN2‬‬
‫לאור כל זאת יש להציע מנגנון‪.‬‬
‫המנגנון של ‪SN1‬‬
‫בשלב ראשון של התגובה מתרחשת דיסוציאציה‪ .8‬עקב הדיסוציאציה אנחנו מקבלים קרבוקטיון שיש בו‬
‫הכלאה של ‪ SP3‬עם מבנה שטוח של שלושת המתמירים האחרים ושני אורביטלי ‪ P‬ריקים משני צידי‬
‫המישור‪ .‬אם הצעד הזה‪ ,‬שבו יש דיסוציאציה של האלקיל הליד‪ ,‬היא השלב האיטי‪ ,‬הרי ששינוי ריכוז‬
‫הנוקליאופיל לא יכול לשנות את קצב הריאקציה – רק ריכוז האלקיל הליד משנה‪.‬‬
‫כעת לאחר שנוצר הקרבוקטיון‪ ,‬יכולים‬
‫הנוקליאופילים‬
‫להתחבר‬
‫אליו‪.‬‬
‫מכיוון‬
‫שהאלקיל‪-‬הליד שטוח הם יכולים להיכנס מצד‬
‫כזה או אחר‪ ,‬ולכן התערובת המתקבלת היא‬
‫רצמית ולא ספציפית‪.‬‬
‫אלקיל הליד ונוקליאופיל נמצאים יחד בתמיסה‪ ,‬אבל בשלב הראשון האלקיל‪-‬הליד בכלל לא פעיל‪.‬‬
‫מולקולת אלקיל‪-‬הליד מתפרקת לקרבוקטיון‪ ,‬וזהו צעד שדורש אנרגיה רבה‪ .‬בצעד הבא הקרבוקטיון מגיב‬
‫עם נוקליאופיל ומספח אותו‪ ,‬זהו שלב עם אנרגיית אקטיבציה נמוכה מאוד ולכן הוא מהיר מאוד‪ ,‬ואז‬
‫מתקבל התוצר הסופי‪.‬‬
‫•‬
‫ריכוז אלקיל הלידים הוא המשפיע על התגובה – השלב האיטי הוא השלב בו האלקיל‪-‬הליד‬
‫הופך לקרבוקטיון בתליך דיסוציאציה‪.‬‬
‫‪ 8‬הקשר בין פחמן להלוגן באלקיל‪-‬הליד הוא לא מאוד יוני‪ ,‬אבל במים לפעמים קורה‪ ,‬בלי שום התקרבות של נוקליאופיל‪,‬‬
‫שהאלקיל הליד מתפרק ליונים – כלור מינוס וקרבוקטיון‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :15‬אלקיל הלידים‬
‫‪153‬‬
‫• אלקיל‪-‬הלידים מסועפים מגיבים טוב יותר מאלקיל‪-‬הלידים לא מסועפים – מכיוון שהתגובה‬
‫עוברת דרך קרבוקטיון‪ ,‬ומכיוון שקרבוקטיון מסועף הוא יציב יותר‪ ,‬התגובה תהיה מהירה‬
‫יותר‪.‬‬
‫• התערובת המתקבלת היא רצמית – מכיוון שהנוקליאופילים יכולים לתקוף משני הכיוונים‬
‫התערובת אינה סטריאוספציפית‪.‬‬
‫במקרה של פעילות אופטית‪ ,‬האם באמת‬
‫מקבלים תערובת רצמית ממש?‬
‫במרבית הניסויים קורה שהיחס בין‬
‫התוצרים אינו בדיוק ‪ .50:50‬אם נסתכל‬
‫על מנגנון הריאקציה‪ ,‬האלקיל הליד‬
‫מתפרק ליונים‪ ,‬נוצר קרבוקטיון החשוף‬
‫משני הצדדים שלו‪ .‬אולם גם אחרי‬
‫שההלוגן התנתק‪ ,‬הוא לא ממש בורח‬
‫מהקרבוקטיון ונמצא עדיין בסביבה של הקרבוקטיון‪.‬‬
‫מסיבה זו‪ ,‬הנוקליאופיל יטה‪ ,‬לפי הנחה זו‪ ,‬להיכנס מהצד ההפוך לזה שבו היה ההלוגן‪ ,‬מכיוון שעל מנת‬
‫להיכנס מהצד של ההלוגן הוא צריך שההלוגן יפנה את מקומו לחלוטין‪.‬‬
‫ברוב המקרים מקבלים תערובת ביחסים כלשהם‪ ,‬תערובת רצמית מתארת מקרה פרטי מיוחד‪.‬‬
‫מאפיינים של תגובת ‪SN1‬‬
‫האלקיל הליד‬
‫ככל שהאלקיל‪-‬הליד ייצר בתוצר‪-‬הביניים קרבוקטיון יותר יציב‪ ,‬הסיכוי של ‪ SN1‬לצאת לפועל יהיה יותר‬
‫מהיר‪ .‬בגרדיינט הבא אנו רואים אילו קרבוקטיונים הם יציבים יותר‪ ,‬ובהתאם לכך אנחנו יכולים להניח‬
‫איזה אלקיל‪-‬הליד יותר יציב‪ .‬שימו לב שאלקיל‪-‬הלידים ראשוניים‪ ,‬אליליים או מתיליים אינם עוברים‬
‫‪) SN1‬אבל עוברים מצוין ‪ ;(SN2‬זאת בעוד שאלקיל‪-‬הלידים שלישוניים או שיש להם מתמירים פניליים‬
‫עוברים מצוין ‪ SN1‬ולא עוברים ‪.SN2‬‬
‫שימו לב‪ :‬נוקליאופיל חזק עם אלקיל‪-‬הליד שניוני ייתן לרוב ‪ ;SN2‬בנוכחות נוקליאופיל חלש נקבל‬
‫תוצרי ‪ .SN1‬באותה המידה גם קרבו‪-‬קטיון בנזילי הוא בעייתי‪ ,‬מאותה הסיבה‪.‬‬
‫הממס‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪154‬‬
‫התהליך הזה מעדיף ממס פולארי‪-‬פרוטי‪ .‬הסיבה לכך היא שכאן אין חשיבות לתגובתיות של הנוקליאופיל‪,‬‬
‫ולכן אנחנו לא מתחשבים בשאלה האם הוא עטוף בהידוק או לא; ודווקא ממסים פולאריים פרוטיים יהפכו‬
‫את האלקיל‪-‬הליד לקרבוקטיון ביתר קלות‪ ,‬כי הם נוטים למוסס יונים בצורה חזקה יותר‪.‬‬
‫שימו לב שכבר אין חשיבות לנוקליאופיל‬
‫חזק או חלש ולכן הממס יכול להוות‬
‫נוקליאופיל בלי הוספה של חומרים אחרים‪.‬‬
‫משמאל‪ :‬גרף אנרגיית האקטיבציה של‬
‫תגובת ‪ SN1‬בממסים שונים‪ .‬ניתן לראות‬
‫שבממס‬
‫פולארי‬
‫אנרגיות‬
‫האקטיבציה‬
‫משמעותית נמוכות יותר מאשר בממס לא‪-‬‬
‫פולארי‪.‬‬
‫הקבוצה העוזבת‬
‫הצעד הראשון של התגובה הוא פירוק ליונים – כלומר ההלוגן צריך לעזוב‪ .‬לפיכך גם בריאקציה הזו יש‬
‫חשיבות לאופייה של הקבוצה העוזבת‪ .‬גם כאן‪ ,‬ככל שהקבוצה העוזבת יותר נמוכה בטבלה המחזורית היא‬
‫קבוצה עוזבת טובה יותר ולכן התגובה תלך יותר מהר‪.‬‬
‫שימו לב שיש מצבים בהם לקרבוקטיון יש חיבור עם מולקולת מים‪ .‬במצב כזה‪ ,‬מים היא קבוצה עוזבת‬
‫מאוד טובה‪ .‬לעומת זאת‪ ,‬ה‪ OH-‬היא קבוצה עוזבת לא טובה כי זהו בסיס מאוד חזק‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :15‬אלקיל הלידים‬
‫‪155‬‬
‫סולבוליזה‬
‫סולבוליזה היא תופעה שבה בתהליך של ‪ ,SN1‬הנוקליאופיל שמגיב בשלב השני הוא לרוב הממס עצמו‪.‬‬
‫זאת מפני שהממס קיים בשכיחות גבוהה בתמיסה ולכן הסיכוי שלו להיפגש עם הקרבוקטיון הוא גבוה‬
‫מאוד‪ .‬נוקליאופיל חזק או חלש משנה ב‪ SN2-‬אבל לא בתגובה הזו‪ .‬בשיטה זו המים או האלכוהול שהם‬
‫הממס יכולים להיכנס‪ ,‬להחליף את ההלוגן וכך למעשה להפוך את האלקיל‪-‬הליד לכהל‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪156‬‬
‫‪04.05.2010‬‬
‫שיעור ‪ :16‬אלקיל הלידים – המשך‬
‫תגובות התמרה – תגובת ‪) SN1‬המשך(‬
‫שיחלופים‬
‫שימו לב‪:‬‬
‫• בכל תגובה המערבת קרבוקטיונים‪ ,‬יכול להיות שיחלוף‪.‬‬
‫• מכיוון שב‪ SN1-‬אלקיל‪-‬הלידים ראשוניים אינם פעילים‪ ,‬מדובר בעיקר בשיחלוף מקרבוקטיון‬
‫שניוני לשלישוני‪.‬‬
‫בתגובת ‪ ,SN2‬התוצר הוא יחיד כי לא נוצר קרבוקטיון; לעומת זאת אם החומר עובר במסלול ‪ ,SN1‬עשוי‬
‫להיווצר קרבוקטיון שניוני אשר יש לו אפשרות להפוך לשלישוני תוך כדי שיחלוף )כפי שמוצג באיור(‬
‫ואז הקרבוקטיון המתקבל הוא שלישוני‪ .‬זיכרו כי תהליך השיחלוף הוא מהיר מאוד ולכן יש אוכלוסיה‬
‫עיקרית של קרבוקטיון שלישוני והתוצר נראה בהתאם‪.‬‬
‫התוצר של ‪ SN2‬באלקיל הליד שניוני הוא יחיד וברור; התוצר של ‪ SN1‬אינו ברור בהכרח‪ ,‬משום‬
‫שיכול להיות שיחלוף שישנה את הקרבוקטיונים המגיבים וכך ישנה את התוצרים‪.‬‬
‫הטבלה מציגה סיכום של שני סוגי המנגנונים על מנת להחליט למה ניתן לצפות מסינתזה‪ ,‬בין ‪ SN1‬ל‪-‬‬
‫‪ .SN2‬הטבלה שלאחריה מראה מה יקרה עם אלקיל הליד נתון כלשהו‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :16‬אלקיל הלידים – המשך‬
‫‪157‬‬
‫תגובות אלימינציה‬
‫בתגובות אלו אנו מקבלים אלקן; אלו תהליכים שלרוב מפריעים לנו בעת ניסיון של סינתזה – למשל‬
‫כשמנסים לסנתז כהל מאלקיל הליד ובמקום זאת מקבלים אלקנים‪ .‬אלימינציה היא תגובה עם מימן;‬
‫הקשר הכפול נוצר כתוצאה מזה שאחד המימנים של אלקיל הליד נלקח על ידי אחד הבסיסים בסביבה‪.‬‬
‫זוהי למעשה תגובה בסיסית של חומר‪ ,‬שלפעמים הוא הנוקליאופיל שלנו‪.‬‬
‫חוק זייצב לתגובות אלימינציה‬
‫דיברנו על אלימינציות בפרק האלקנים‪ ,‬כשדיברנו על יצירה של אלקנים; אמרנו שטיפול בעזרת ‪NaOH‬‬
‫באלקיל‪-‬הליד ייצור אלקן‪ .‬ואז הזכרנו את כלל זייצב‪ ,‬שאומר כי באלימינציה של אלקיל‪-‬הלידים‪,‬‬
‫האלקן המתקבל יהיה האלקן היציב ביותר‪ .‬כמו כן‪ ,‬האלקן היציב ביותר הוא האלקן המסועף ביותר‪.‬‬
‫הניסוח הפשוט של זייצב אומר שהמימן היורד באלימינציה יורד מהפחמן העני במימנים‪ .‬זה לרוב‬
‫נכון‪ ,‬אבל לא תמיד‪.‬‬
‫באיור רואים אלקיל הליד שניוני‪-2 ,‬ברומו‪-‬בוטאן‪ .‬עכשיו מגיבים אותו בתמיסה עם ‪ .RONa‬נתעלם‬
‫לרגע מכך שהבסיס יכול להגיב ב‪ .SN2-‬מדוע המימן של הפחמן יצא על ידי הבסיס? ממתי מימנים של‬
‫פחמן הם חומציים וסותרים את הבסיס? הטענה היא שיש כאן השראה – הברום או הכלור הם‬
‫אלקטרושליליים ומושכים אלקטרונים מהפחמן; הפחמן הופך קצת חיובי ולכן הוא מושך אלקטרונים‬
‫מהפחמנים שלצידיו‪ .‬הפחמנים האלה נעשים חיוביים מעט ומושכים אלקטרונים מהמימנים שלהם;‬
‫כתוצאה מכך המימנים נהיים חיוביים מעט גם כן ואז הם למעשה הופכים חומציים מעט‪.‬‬
‫אבל עולה השאלה‪ :‬אם המימנים של פחמן ‪ 1‬או ‪ 3‬הם חומציים בגלל ההלוגן‪ ,‬הרי שגם המימן של פחמן ‪2‬‬
‫יהיה חומצי; מדוע הבסיס לא תוקף אותו?הסיבה היא שבמצב כזה התוצר שמתקבל אין לו מוצא‪ .‬נניח‬
‫שהבסיס מוציא את המימן מפחמן ‪ 2‬כ‪ ;H+-‬כתוצאה מכך יש מטען שלילי על הפחמן ‪ .2‬ומה הלאה? אי‬
‫אפשר לעשות קשר כפול עם הפחמנים הסמוכים כי הם קשורים היטב למימנים שלהם; אי אפשר לסיים עם‬
‫חומר יציב‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪158‬‬
‫לעומת זאת‪ ,‬אם הבסיס תוקף את אחד המימנים השכנים – לפי זייצב הוא יעדיף את פחמן ‪ – 3‬ויוריד את‬
‫המימן‪ ,‬אז יווצר קרבואניון על פחמן ‪ ,3‬וכעת ניתן ליצור קשר כפול על ידי עזיבה של הברום מפחמן ‪ ,2‬שכן‬
‫הברום הוא קבוצה עוזבת טובה יותר ממימן‪.‬‬
‫התוצר המתקבל הוא תערובת של שני אלקנים כאשר התוצר העיקרי מתקבל לפי כלל זייצב‪.‬‬
‫מנגנוני תגובות האלימינציה‬
‫ישנם שני מנגנונים של אלימינציה‪ E1 :‬ו‪ .E2-‬הם דומים מאוד לתגובות ההתמרה‪ ,‬והבעיה היא שעבור‬
‫חומר נתון כל ארבע התגובות יכולות לקרות; התנאים‪ ,‬הנוקליאופיל‪ ,‬אופי המולקולה וההלוגן הם‬
‫שיכתיבו מה יהיה התוצר העיקרי‪ ,‬אך אין זה מחייב שלא יהיו תוצרי לוואי של התגובות אחרות‪.‬‬
‫•‬
‫מנגנון תגובת ‪ -E1‬אין נוקליאופיל חזק או בסיס חזק בסביבה; כתוצאה חלק מהאקליל‪-‬הלידים‬
‫מתפרקים לקרבוקטיונים ואז מתקבל תוצר אלימנציה‪.‬‬
‫•‬
‫מנגנון תגובת ‪ – E2‬הבסיס תוקף את המימן ותוך כדי כך ההלוגן חייב לעזוב )בדומה להתמרה מסוג‬
‫‪.(SN2‬‬
‫מנגנון תגובת ‪E2‬‬
‫האיור הבא מציג אלימינציה מטיפוס ‪.E2‬‬
‫הבסיס תוקף מימן אלפא‪ ,‬מימן על פחמן שכן להליד‪ ,‬והתהליך קורה עם מצב מעבר ללא תוצר ביניים‪.‬‬
‫מצב המעבר הוא כזה בו כאשר הבסיס )‪ (B‬מתקרב למימן‪ ,‬והמימן מתחיל ליצור קשר לבסיס תוך כדי‬
‫פירוק הקשר שלו עם הפחמן‪ .‬כאשר המימן מתנתק הוא משאיר אלקטרונים על הפחמן; אלקטרונים אלו‬
‫מתחילים ביצירה של קשר כפול‪ .‬תוך כדי היווצרות הקשר הכפול‪ ,‬אחד המתמירים של הפחמן השני‬
‫בקשר חייב לעזוב‪ ,‬ולכן מי שעוזב לרוב הוא ההלוגן )שהוא קבוצה עוזבת טובה יותר‪ ,‬כאמור‪ ,‬מהמימן או‬
‫מאלקילים(‪.‬‬
‫מבחינה מנגנון הריאקציה התגובה דומה מאוד ל‪ ;SN2-‬אין שלב איטי או שלב מהיר – יש שלב אחד‬
‫בסך הכל‪ .‬הריאקציה הזו תלויה מאוד בחוזק הקשר בין מימן לפחמן‪ ,‬כי היא דורשת ניתוק של‬
‫המימן כדי שהכל יתרחש בבת אחת‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :16‬אלקיל הלידים – המשך‬
‫‪159‬‬
‫הקינטיקה של תגובת ‪E2‬‬
‫•‬
‫ריאקציה בשלב אחד מסדר שני – יש תלות בריכוז המגיבים והבסיס‪.‬‬
‫•‬
‫שלב מעבר שאינו דומה לתוצרים או למגיבים‪.‬‬
‫•‬
‫התגובה היא מסדר שני – הקינטיקה תלויה בריכוז המגיב והבסיס‪.‬‬
‫•‬
‫התגובה מהירה יותר עם בסיסים חזקים יותר ו‪/‬או קבוצות עוזבות טובות יותר‪.‬‬
‫השפעת האלקיל הליד‬
‫נניח שבחרנו בסיס חזק מסויים‪,‬‬
‫ממס מסויים‪ ,‬והליד מסויים; האם‬
‫יש הבדל בין האלקיל הלידים?‬
‫התשובה היא שהמנגנון הולך‬
‫הרבה יותר מהר עם אלקיל הליד‬
‫שלישוני – כלומר הפוך מ‪ SN2-‬ובדומה ל‪ .SN1-‬ההסבר הוא שככל שהאלקיל הליד ברמה גבוה יותר‪,‬‬
‫האלקן המתקבל מסועף יותר ולכן יציב יותר‪.‬‬
‫זהו ההבדל העיקרי שבין ‪ SN2‬לבין ‪.E2‬‬
‫השפעת האיזוטופ הקינטי‬
‫חיפשו דרך נוספת להוכיח את המנגנון; שיטת ההוכחה הזו היא שימוש באיזוטופ דאוטריום ‪ .2H-‬מסיבות‬
‫שלא נעמיק בהן‪ ,‬הקשר הקוולנטי עם דאוטריום יותר חזק מהקשר עם מימן רגיל‪ .‬מכיוון שכך‪ ,‬כאשר‬
‫עושים תגובת ‪ E2‬עם דאוטריום התגובה בהכרח תהיה איטית יותר מאשר עם מימן – כי אם כל התגובה‬
‫תלויה בבסיס שצריך לתלוש את המימן‪ ,‬אזי מכיוון שתלישת דאוטריום היא קשה יותר התגובה תהיה‬
‫איטית יותר‪.‬‬
‫כאשר באמת ניסו זאת גילו שקצב‬
‫הריאקציה נעשה איטי פי ‪.7-10‬‬
‫זוהי הוכחה שהתלישה של המימן‬
‫היא חלק מהשלב קובע המהירות‪.‬‬
‫משום כך אפקט הדאוטריום משמש‬
‫נדבך נוסף לנכונות המנגנון שאנחנו‬
‫מציעים‪.‬‬
‫השפעת הקבוצה העוזבת‬
‫ככל שהקבוצה העוזבת טובה יותר התהליך יהיה מהיר יותר‪ .‬קבוצה עוזבת טובה מאופיינת בהיותה בסיס‬
‫חלש וגדול‪ .‬לכן ככל שיורדים בטבלה המחזורית בטור ההלוגנים‪ ,‬הקבוצה העוזבת טובה יותר‪ .‬אולם כל‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪160‬‬
‫המנגנונים תלויים בגרדיינט שכזה ולכן זה לא עוזר לנו‪ ,‬הנתון הזה‪ ,‬להחליט בין התגובות שייצאו לפועל;‬
‫לפיכך לרוב התגובה‬
‫‪ SN2‬מתחרה עם ‪.E2‬‬
‫אלקנים מצומדים מועדפים על פני תוצרי אלקן מותמר‬
‫כעת נראה מצבים שבהם כלל זייצב לא מתקיים‪:‬‬
‫•‬
‫אם התוצר הוא דיאן – בתגובה למשל שיש בה קשר כפול מראש‪ ,‬כמו בדוגמה‪ ,‬לפי זייצב המימן‬
‫היורד צריך לרדת ממימן ‪ .5‬לעומת זאת אם נוריד מימן מפחמן ‪ ,3‬אנחנו נקבל תוצר אנטי‪-‬זייצב‪.‬‬
‫אבל התוצר האנטי‪-‬זייצב יוצר לנו דיאן מצומד‪ ,‬שיש בו רזוננס ולכן הוא הרבה יותר יציב מאלקן‬
‫רגיל‪ .‬המימן היורד הוא זה שמאפשר קיום דיאן מצומד‪.‬‬
‫שימו לב‪ :‬זה קורה רק כשיש יותר מקשר כפול אחד במולקולה‪.‬‬
‫יש להיזהר מכלל זייצב – לפי המינוח הפשוט שאומר שיש להוריד מימנים מהפחמן העני במימנים‪ ,‬ניתן‬
‫לשגות‪ ,‬אבל לפי הניסוח שהוא יוצר את האלקן היציב ביותר‪ ,‬אי אפשר לטעות‪.‬‬
‫• בדוגמה הבאה אנחנו רואים יון אלקוקסיד מסועף מאוד המשמש כבסיס; לפי זייצב הוא אמור להיכנס‬
‫לפחמן ‪ ,3‬אבל הסיעוף של האלקוקסיד מונע ממנו להגיע לאותו מימן‪ .‬משום כך התוצר העיקרי יהיה‬
‫דווקא זה שיוריד מימן מפחמן ‪ .1‬הפרעות מרחביות יכולות להשפיע על האלקן שנוצר‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :16‬אלקיל הלידים – המשך‬
‫‪161‬‬
‫הטבלה הבאה מפרטת עבור אלקיל‬
‫הליד נתון תגובה עם קבוצה ‪RO-‬‬
‫כלשהי‪ .‬התוצר הימני הוא אנטי‪-‬‬
‫זייצב והשמאלי הוא זייצב‪ .‬אנחנו‬
‫יכולים לראות שככל שה‪ R-‬שלנו‬
‫נעשה מסועף וגדול יותר‪ ,‬הסיכוי‬
‫לקבל זייצב הולך וקטן‪.‬‬
‫ככל שהבסיס מסועף יותר ומהווה‬
‫הפרעה מרחבית גדולה יותר‪ ,‬כך‬
‫תוצר האנטי‪-‬זייצב ילך ויהיה‬
‫משמעותי יותר‪.‬‬
‫תגובת ‪E1‬‬
‫האם ניתן לעשות אלימינציה עם‬
‫בסיס לא חזק או בסיס מהול מאוד? גם במקרה זה‬
‫רואים אלימינציות ואלו האלימינציות מסוג ‪.E1‬‬
‫בריאקציות אלו אין תלישה חזקה של המימן כי אם‬
‫תהליך המתרחש בשני שלבים‪.‬‬
‫כאשר שמים אלקיל הליד שלישוני במים או כהל נקבל שני תוצרים‪ :‬חלקם תוצרי ‪ SN1‬ואחרים תוצרי‬
‫‪ .E1‬הסיבה היא שלשניהם יש אותו שלב ראשון‪ :‬בשניהם חלק מהמולקולות עוברות פירוק עצמי ונוצר‬
‫קרבוקטיון‪ .‬כעת משנוצר קרבוקטיון יכול‬
‫להתחיל לפעול הבסיס – שהוא יכול להיות‬
‫אפילו הממס‪ .‬הבסיס לוקח מימן ויוצר קשר‬
‫כפול‪.‬‬
‫אולם‪ ,‬הבסיס יכול היות הממס‪ ,‬כאמור; ואנו יודעים שממס יכול להיות גם נוקליאופיל‪ ,‬בתגובות ‪ .SN1‬אם‬
‫הבסיס הזה יקח מימן הוא יצור לנו תוצרי ‪ E1‬אך בתגובה שונה הוא יכול ליצור תוצרי ‪ .SN1‬קשה‬
‫להפריד בין התוצרים אולם ככל שהטמפרטורה יותר גדולה האלימינציות מתרחשות לעיתים קרובות‬
‫יותר‪.‬‬
‫האיורים הבאים מציגים את התגובה ואת המנגנון שלה‪ .‬שימו לב שכל התגובות האלו יכולות ללכת‬
‫אחורה בכל שלב‪ ,‬אבל אז אנו לא רואים את השינוי‬
‫הצפוי ומבחינתנו זה פחות מהותי‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫‪162‬‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫השפעת האיזוטופ הקינטי‬
‫מה יקרה אם נחליף גם כאן את המימנים בדאוטריום? קצב הריאקציה שלנו לא ישתנה כאן‪ ,‬מכיוון ששלב‬
‫תלישת המימן מהמולקולה אינו השלב קובע המהירות‪.‬‬
‫שימו לב שגם ב‪ E1-‬עובד כלל זייצב‪ :‬בברירה בין איזה מימן יחזור ויתלש על ידי הבסיס‪ ,‬המימן‬
‫שבעוזבו יצור אלקן מסועף יותר הוא זה שיעזוב‪.‬‬
‫מבחינת האלקיל‪-‬הלידים‬
‫הסדר של הגרדיינט הבא נכון הן ל‪ E1-‬והן ל‪ ,SN1-‬כי שניהם עוברים דרך קרבוקטיון‪.‬‬
‫שימו לב שאלקיל‪-‬הליד שניוני‪ ,‬ראשוני בנזילי או ראשוני אלילי מהווים קבוצה של חומרים שבהם‬
‫כל ארבע התגובות יכולות לקרות והניואנסים בהן מאוד עדינים‪.‬‬
‫קבוצה עוזבת‬
‫גם כאן‪ ,‬בסיס חלש יותר הוא‬
‫קבוצה עוזבת טובה יותר‪.‬‬
‫שיחלופים‬
‫מכיוון שגם תגובה זו עוברת דרך תוצר ביניים של‬
‫קרבוקטיון‪ ,‬יכול להיות שיחלוף אשר יגרום לתזוזה‬
‫של הקשר הכפול באלקן הנוצר‪ .‬באיור ניתן לראות‬
‫דוגמה לכך‪:‬‬
‫אנחנו רואים שבמקום שהמימן מימין לפחמן עם‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :16‬אלקיל הלידים – המשך‬
‫‪163‬‬
‫המטען החיובי יעזוב‪ ,‬המטען החיובי קופץ לפחמן הבנזילי בשיחלוף מתיל ולכן הקשר הכפול נוצר בין‬
‫פחמנים ‪ 2-3‬במקום ‪) 1-2‬שימו לב שלטבעת אין מימנים להוציא ממנה באותה נקודת קישור(‪.‬‬
‫תחרות בין ‪ E2‬לבין ‪E1‬‬
‫הטבלה מציגה את האלקיל הלידים השונים ואילו אלימינציות הם יעברו‪.‬‬
‫שימו לב שבשביל תגובת ‪ E2‬צריך בסיס חזק בריכוז גבוה; אם נתונים אלו לא קיימים‪ ,‬יש העדפה ברורה‬
‫ל‪ .E1-‬בזכות תכונה זו ניתן לקבוע תוצר עיקרי באלקיל‪-‬הלידים שניוניים ושלישוניים‪.‬‬
‫תחרות בין התמרה לאלימינציה‬
‫•‬
‫מקרים בהם יכול להתרחש ‪ SN2‬יכולים להתחרות בהם רק ‪ .E2‬התוצר תלוי עכשיו בחומר התוקף‪:‬‬
‫יש נוקליאופילים חזקים שהם בסיסים חזקים ואז התוצרים של שתי התגובות יתקבלו‪ ,‬והרוב יהיה‬
‫‪.S N 2‬‬
‫•‬
‫יחד עם זאת‪ ,‬יש נוקליאופילים שהם נוקליאופילים חלשים ובסיסים מצויינים‪ .‬אלו חומרים שהם‬
‫לרוב מסועפים‪ ,‬כי הם מתקשים לתקוף פחמן אבל קל להם יותר לתקוף מימן‪ .‬משום כך חומרים אלו‬
‫יגיבו הרבה יותר ב‪.E2-‬‬
‫•‬
‫בין תגובות ‪ SN1‬ו‪ E1-‬התנאים הראשוניים צריכים להיות זהים )בסיס פולארי פרוטי‬
‫ונוקליאופיל‪/‬בסיס חלש( כי השלב הראשון זהה‪ .‬ברוב המקרים יתקבלו תוצרי שתי התגובות‪.‬‬
‫בטמפרטורות גבוהות יותר מתקבלים יותר תוצרי אלימינציה‪.‬‬
‫תנאים של ‪SN2/ E2‬‬
‫•‬
‫מבחינת האלקיל הליד – ‪ SN2‬הוא היחיד עם סדר גרדיינט הפוך‪.‬‬
‫•‬
‫שניהם צריכים נוקליאופיל‪/‬בסיס חזק ותמיסה פולארית א‪-‬פרוטית‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪164‬‬
‫תנאים של ‪SN1/ E1‬‬
‫הטבלה מציגה את סוג האלקיל הליד ואילו תהליכים הוא עובר‪.‬‬
‫•‬
‫אלקיל הליד ראשוני‬
‫•‬
‫יתן לרוב התמרה של ‪ SN2‬אלא אם יש התמרות מרחביות על הנוקלאופיל‪ ,‬ואז נקבל בעיקר‬
‫תוצרי אלימינציה‪ .‬סיעוף פוגע הרבה יותר בנוקליאופיליות מאשר בבסיסיות של החומר‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫לא נותן תוצרי ‪ SN1‬או ‪.E1‬‬
‫אלקיל הליד שניוני הוא בעיתי תמיד‪ ,‬יכול לעבור את כל ארבע התגובות‪ .‬יחד עם זאת הכללים‬
‫תקפים‪ :‬נוקליאופיל מסועף הוא טוב יותר כבסיס‪ .‬בתגובות מטיפוס ‪ ,1‬יש לזכור כי יכולים להיות‬
‫שיחלופים‪.‬‬
‫•‬
‫אלקיל הליד שלישוני – לא קורה בכלל אלא אם זה בסיס חזק מאוד בריכוז גבוה ואז יש אלימינציה‪.‬‬
‫טמפרטורות ייקבעו האם תהיה אלימינציה או התמרה בתגובות מטיפוס ‪.1‬‬
‫תגובות התמרה ואלימינציה בסינתזה‬
‫סינתזת האתר של וויליאמסון‬
‫האתר הוא למעשה ‪ O‬שיש לו שתי קבוצות ‪ R‬במקום המימנים הנקשרים למים‪ .‬אם לוקחים אלקיל הליד‬
‫ומגיבים אותו עם ‪ ,RONa‬אנחנו יכולים למעשה לקבל אתר‪ .‬המנגנון הזה הוא מנגנון ‪ :SN2‬האלקיל הליד‬
‫הותקף על ידי הנוקליאופיל‪ ,‬ההליד השתחרר והנוקליאופיל התחבר‪.‬‬
‫לא כל אלקיל הליד מתאים לתגובה‪ :‬אלקיל הליד ראשוני עם בוטוקסיד או עם פרופוקסיד‪ ,‬אלקיל הלידים‬
‫ראשוניים יוצרים בהכרח ‪ SN2‬ולכן אנחנו מקבלים את התוצר המבוקש‪ .‬אבל יש לזכור שאם זה לא‬
‫ראשוני אז התוצר לא מובטח‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :16‬אלקיל הלידים – המשך‬
‫‪165‬‬
‫ביצירת אתר מסועף אנחנו בבעיה‪ ,‬כ תגובה עם נוקליאופיל מסועף תיטה לכיוון האלימינציה במקום‬
‫ההתמרה‪ ,‬ותגובה עם אלקיל הליד שלישוני לא נותנת בכלל התמרה מטיפוס ‪ .SN2‬בתגובות אנחנו יכולים‬
‫לראות שבין הברירות האלה‪ ,‬שאף אחת מהן לא טובה‪ ,‬נעדיף להשתמש בנוקליאופיל המסועף כי אז נקבל‬
‫לפחות חלק מהתוצרים של ההתמרה מטיפוס ‪ SN2‬בעוד שבאפשרות השנייה לא נקבל כלל תוצרי התמרה‬
‫מטיפוס ‪ SN2‬כי אם תוצרי אלימינציה ללא התמרה כלל‪.‬‬
‫קבלה של אמינים‬
‫אמינים הם תרכובות דמויות אמוניה בהן במקום מימנים קשורים אלקילים או פחמנים‪ .‬אמוניה היא‬
‫נוקליאופיל די חזק‪ ,‬שיכולה לעשות התמרה מטיפוס ‪ .SN2‬התוצר של ההתמרה הוא לרוב אמין – מימן‬
‫יוצא ונכנס במקומו האלקיל‪-‬הליד בלי ההליד‪.‬‬
‫יחד עם זאת הריאקציה היא בעייתית כי היא תלויה בסוג האלקיל הליד וגם משום שהתוצר לא שונה‬
‫בהרבה מאמוניה; כלומר הוא בעצמו יכול להמשיך ולתקוף אלקיל‪-‬הלידים בתור נוקליאופיל‪ .‬בצורה כזו‬
‫אנחנו מקבלים תערובת של אמינים ראשוניים‪ ,‬שניוניים ושלישוניים‪.‬‬
‫מה ניתן לעשות כדי לקבל כתוצר עיקרי את האמין הראשוני? אם נשים בכלי ריכוז גבוה של אמוניה‬
‫ביחס לאלקיל הליד‪ ,‬כמות מולקולות האמוניה תהיה כה גדולה שההסתברות שהיא תתקוף את האלקיל‬
‫הליד היא גבוהה יותר מההסתברות שהוא ייתקף על ידי תוצרי התגובה‪.‬‬
‫בתור תגובת התמרה מטיפוס ‪ SN2‬יש לה את כל הבעיות של תגובה זו‪ ,‬למשל שאם נשתמש באלקיל הליד‬
‫שלישוני נקבל אלקנים ולא אמינים‪.‬‬
‫יצירת ניטרילים‬
‫ישנם מלחים עם האניון ‪ ,CN-‬יון הציאניד‪ .‬יון זה הוא בסיסי והוא נוקליאופיל מצויין‪ .‬הקשר בין הפחמן‬
‫לחנקן הוא קשר משולש‪ .‬אם תוקף את יון הציאניד עם אלקיל הליד‪ ,‬הוא מגיב כנוקליאופיל מצוין‪ ,‬מוציא‬
‫את ההליד ונכנס פנימה לקבלת ‪ .R-CN‬תרכובת זו‪ ,‬שבה יש קצה ציאנידי שמחובר לפחמנים‪ ,‬מכונה‬
‫ניטרילים‪.‬‬
‫הניטרילים הם חומר חביב על כימאים אורגניים‪ ,‬כי בצורה כזו יצרנו אלקיל הליד שהוארך בפחמן אחד‬
‫מהשרשרת המקורית; זו אחת השיטות הטובות ביותר להארכת שרשרת בפחמן בודד‪ .‬כמו כן בגלל‬
‫שהוא פחות בסיסי מנוקליאופילים טובים אחרים הוא פחות נוטה לאלימינציה ויותר להתמרה‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪166‬‬
‫מה עושים עם ניטריל?‬
‫בעזרת הניטריל אנחנו יכולים ליצור חומצה קרבוקסילית‪ :‬לאחר שיצרנו ניטריל כלשהו‪ ,‬שמים אותו‬
‫בסביבה מחמצנת‪ :‬סביבה מחמצנת היא סביבה חומצית )במקרה זה; יכולה להיות גם סביבה בסיסית(‪.‬‬
‫כעת מתרחשת ריאקציית חימצון‪-‬חיזור שבה הפחמן מגיע לדרגת חימצון מאוד גבוהה‪.‬‬
‫במבחן אנו עשויים להתבקש ליצור מפרופן חומצה בוטנואית – כלומר בוטאן עם ‪.COOH‬‬
‫אפשר לקחת את הפרופן וליצור ממנו אלקיל הליד; לאחר שיצרנו אלקיל הליד‪ ,‬נגיב אותו עם ציאניד לקבל‬
‫שרשרת עם ארבעה פחמנים וקשר משולש לחנקן בקצהה‪ .‬לאחר מכן מגיבים את הניטריל שהתקבל בסביבה‬
‫מחמצנת ומקבלים החלפה של החנקן בחמצנים של חומצה‪ .‬שימו לב שסיפוח ה‪ HBr-‬לאלקן צריך להיות‬
‫אנטימרקובניקוב‪ ,‬כלומר עם פרוקסיד!‬
‫אפשר גם לחזר ניטרילים‪ :‬אם מחזרים ניטריל בעזרת המחזרים ‪ – LiAlH4‬תרכובת של מתכות עם‬
‫מימנים – ואנחנו מקבלים מהניטריל אמין‪ .‬אולם להבדיל מהתגובה ליצירת אמין שלמדנו‪ ,‬כאן אנחנו‬
‫מקבלים אמין שהוארך בפחמן אחד נוסף וזה גם אמין ראשוני כתוצר עיקרי‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫חימצון של ניטריל נותן חומצה קרבוקסילית‪.‬‬
‫חיזור של ניטריל נותן אמין‪ ,‬שנחשב לחומר מחזר‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :17‬אלקיל הלידים ‪ -‬המשך‬
‫‪167‬‬
‫‪05.05.2010‬‬
‫שיעור ‪ :17‬אלקיל הלידים ‪ -‬המשך‬
‫תרכובות אורגנו‪-‬מתכתיות‬
‫בתרכובות אלו יש שלד של פחמנים שמתחבר לשלד של מתכת‪ .‬התרכובות האלו לרוב לא יציבות‪ ,‬ומשום‬
‫כך הם משמשים כריאגנטים בתגובות אורגניות‪ .‬המפורסם בריאגנטים האלו הוא ריאגנט גריניארד‬
‫)‪.(Grignard‬‬
‫יצירה של ריאגנט גריניארד‬
‫תגובה בין אלקיל הליד למגנזיום‪ .‬לוקחים ‪ RX‬ושמים בנוכחות מגנזיום‪ ,‬שיש לו נטייה למטען של ‪.+2‬‬
‫בסביבה ללא מים‪ ,‬לרוב בממס הידרופובי כמו אתר )ומוסיפים לרוב את המילה "יבש" כדי לציין שאין‬
‫מים(‪ ,‬מקבלים תרכובת עם נוסחה ‪ .RMgX‬ה‪ R-‬יכול להיות כל דבר – ראשוני‪ ,‬שניוני‪ ,‬שלישוני‪ ,‬בנזילי‬
‫ואפילו וינילי‪.‬‬
‫כל תרכובת אורגנית שיש בה פחמן שקשור להלוגן יכולה לעבור את הריאקציה‪.‬‬
‫ריאגנט גריניארד הוא מאוד לא יציב; צריך לשמור עליו ללא מגע עם מים ועדיף למנוע גם מגע עם ‪,CO2‬‬
‫כי הוא מגיב עם שני החומרים האלו )כפי שנראה בהמשך(‪ .‬אם כן‪ ,‬כל תרכובת אורגנית עם הלוגן בערך‬
‫תגיב ותיתן לנו ריאגנט גריניארד‪.‬‬
‫למטה ניתן לראות דוגמאות לתגובה עם אלקיל הליד ואפילו עם ויניל‪-‬הליד‪ ,‬שלרוב אינם מגיבים באף‬
‫תגובת אלימינציה או התמרה שראינו קודם‪ ,‬ועדיין הם מגיבים כאן כאשר המגנזיום "נדחף" בין האלקיל‬
‫להלוגן‪.‬‬
‫המגנזיום הוא ‪ ;+2‬ההלוגן הוא ‪ ;-1‬מניין מגיע עוד ‪ ?-1‬המטען השני מגיע מהפחמן אליו קשור המגנזיום‪.‬‬
‫אולם פחמנים כאלה‪ ,‬קרבואניונים‪ ,‬לא כל כך מוכרים לנו; ועדיין צריך לזכור שהפחמן של ריאגנט‬
‫גריניארד הוא שלילי‪ ,‬וזה חשוב כי הם נוטים לתקוף פחמנים חיוביים )קרבוקטיונים( בתגובות סינתזה‬
‫)ומכאן חשיבות הריאגנט – להארכה של שרשרות(‪.‬‬
‫דוגמאות נוספות‪:‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪168‬‬
‫השימושים של ריאגנט גריניארד‬
‫תגובה עם מים‬
‫התגובה עם מים הורסת את הריאגנט; אולם השרשרת ה‪ R-‬של הריאגנט פשוט הופכת לאלקאן‪ .‬לאחר‬
‫קבלת הריאגנט חושפים אותו למים; כתוצאה מכך‪ ,‬המגנזיום משתחרר‪ ,‬ברום משתחרר – שניהם יונים‬
‫במים – ומהשרשרת הפחמנית מקבלים אלקאן‪.‬‬
‫מה הטעם בריאקציה? אין הרבה; אנחנו לא אוהבים את התגובה כי עם אלקאן אין הרבה מה לעשות‪.‬‬
‫משום כך ברוב הפעמים נמנעים מהתגובה‪ .‬אבל במקרים מסויימים‪ ,‬הריאקציה הזו עוזרת להשלים מהלך‬
‫גדול יותר‪ ,‬כפי שנראה בדוגמאות בסוף הקורס‪.‬‬
‫בתגובה עם מים נכנס מימן במקום מגנזיום הקשור לפחמן‪.‬‬
‫התגובה עם פחמן דו חמצני ‪CO2‬‬
‫הפחמן של הריאגנט הוא שלילי‪ ,‬והפחמן של ה‪CO2 -‬הוא חיובי‪ ,‬כי הוא קשור לשני חמצנים‪ .‬כאן יש‬
‫תגובה בין שני הפחמנים‪ .‬הפחמן של הריאגנט מתחבר לפחמן של ה‪ ,CO2-‬ונוצר קשר פחמן‪-‬פחמן חדש –‬
‫הוספנו פחמן למולקולה‪ .‬אם לאחר התגובה הזו מוסיפים מים‪ ,‬המים משחררים את הקשרים היוניים‬
‫ומקבלים יוני מגנזיום והלוגן )שלא מעניינים אותנו( ומקבלים חומצה קרבוקסילית‪.‬‬
‫אחת השיטות ליצור חומצה קרבוקסילית עם פחמן אחד נוסף מעל חומר המוצא היא עם ריאגנט‬
‫גריניארד ו‪. CO2-‬‬
‫היתרון בתגובה זו על פני התגובה עם ניטריל היא שגריניארד עובד על כל האלקילים‪ ,‬בעוד שניטריל‬
‫מוגבל ל‪ SN2-‬כלומר הוא לא יעבוד עם אלקיל‪-‬הליד שלישוני‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫הרצאה ‪ :17‬משפחת הכהלים והאתרים‬
‫‪169‬‬
‫הרצאה ‪ :17‬משפחת הכהלים והאתרים‬
‫קבוצה זו‪ ,‬כמו הקבוצות הבאות שנכיר‪ ,‬אינן מחדשות לנו הרבה; ההבדלים העיקריים בהם הוא הקבוצה‬
‫העוזבת‪ ,‬שבאלקיל הלידים הייתה הלוגן ובכהלים ואתרים למשל הן הידרוקסידים ואלקילים‪.‬‬
‫שתי המשפחות הן מעין נגזרות של מים‪ ,‬כי בשתיהן יש חמצן באמצע בהיברידיזציה של ‪ .SP3‬כהלים‬
‫יותר דומים למים בגלל המימן; אתרים חסרי מימנים‪ .‬אנחנו נראה בהמשך איך זה משפיע על התגובות‬
‫שלהם‪.‬‬
‫כהלים‬
‫בכהלים יש שתי משפחות עיקריות‪:‬‬
‫•‬
‫כהלים רגילים‬
‫•‬
‫כהלים שמחוברים לטבעת ארומטית – פנולים‪ .‬אלו סוג של כהל אבל בגלל תכונות הארומטיות יש לו‬
‫תכונות מעט שונות; למשל כהל במים מתמוסס במערכת קשרי מימן אבל לא מתיינן ונשמר ערך גבה‬
‫של ‪ .7‬פנול במים מתנהג מעט כמו חומצה‪ ,‬וערך הגבה יורד מעט‪ .‬פנולים יותר חומציים מכהלים‬
‫רגילים‪.‬‬
‫בין הכהלים הנפוצים הם המתנול – נוזל עם ריח חריף המשמש לרוב כממס פולארי‪-‬פרוטי במקום מים‪.‬‬
‫יש לו שימוש נוסף כחומר דלק )‪ Biofuels‬ודלק מטוסים(‪ .‬שם אחר שלו הוא מתיל‪-‬אלכוהול‪ .‬שימו לב‬
‫שהוא נוזל‪ :‬כל הכהלים הקצרים הם נוזלים ולא גזים‪ ,‬בניגוד אלקאנים ואלקנים‪ ,‬כי הם מקיימים קשרי‬
‫מימן‪.‬‬
‫הבעיה העיקרית של מתנול היא שהוא רעל חריף; כששותים אותו לא מאריכים חיים זמן רב‪ .‬הוא פוגע‬
‫פגיעות חמורות בכבד‪ ,‬בכלי הדם‪ ,‬נזקים בלתי הפיכים במוח‪ .‬לא פעם קרו מקרים שמשקאות חריפים לא‬
‫חוקיים הכילו כמויות של מתנול והדבר גרם למוות של הצורכים אותם‪.‬‬
‫אתנול הוא הכהל המשמש יותר באלכוהול; ועדיין בריכוזים גבוהים הוא רעיל כמו המתנול – מזיק לכבד‬
‫וכליות באלכוהוליסטים‪ .‬הוא נוזל פופולארי במשקאות‪ ,‬ריאקציות כימיות וחומר חיטוי – ספירט של‬
‫קופות חולים‪ .‬הוא מיוצר – יחד עם מתנול – בכמויות אדירות‪ ,‬בשיטות כימיות וביולוגיות‪ ,‬בצריכה של‬
‫מיליוני טונות בשנה‪.‬‬
‫יצירת קשרי מימן‬
‫המיוחד בכהלים הוא יצירת קשרי מימן; המימן הקשור לחמצן‪ ,‬החמצן‪ ,‬וחוסר הסימטריות של המולקולה‬
‫יוצרים קשרי מימן‪ .‬בזכות זה הכהלים הם מאוד מסיסים במים‪ ,‬כמעט בכמויות אינסופיות )הקטנים בהם(‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪170‬‬
‫הדבר משפיע גם על נקודות הרתיחה‪:‬‬
‫•‬
‫מתנול רותח ב‪ 65-‬מעלות צלזיוס וניתן למוסס מתנול במים בכמות אינסופית – על פי הספרים!‬
‫•‬
‫האתנול רותח בערך ב‪ 79-‬מעלות ויש לו מסיסות אינסופית‪.‬‬
‫•‬
‫פרופאנול רותח ב‪ 97.4-‬מעלות וגם לו יש מסיסות אינסופית – כל זאת תודות לקשרי המימן‪.‬‬
‫מתי מתחילה הבעיה? מתי יורדת המסיסות? כאשר הזנב האלקילי מתחיל לגדול‪ ,‬מעצם היותו הידרופובי‪,‬‬
‫מתחילה בעיה במסיסות‪ .‬החל מ‪ 5-‬פחמנים זה הגבול‪ ,‬טמפרטורת הרתיחה של פנטאנול היא ‪117.3‬‬
‫מעלות אבל עכשיו אפשר למוסס רק ‪ 3‬גרם ב‪ 100-‬מ"ל מים‪.‬‬
‫מה שמעניין הוא שאם לוקחים בוטאנול מסועף – כלומר ניאו‪-‬בוטאנול‪ ,‬שלישוני – שהוא יותר קומפקטי‬
‫מבוטאנול נורמלי – נקודת הרתיחה של בוטאנול נורמלי היא ‪ 110‬מעלות בערך והמסיסות היא כ‪ 10-‬גרם‬
‫ל‪ 100-‬מ"ל מים‪ ,‬זאת עקב הזנב הארוך‪ .‬לעומת זאת‪ ,‬ניאו‪-‬בוטאנול רותח ב‪ 82.2-‬מעלות אבל המסיסות‬
‫שלו היא אינסופית‪ ,‬כי החלק הידרופובי שלו תופס פחות מקום – יותר קומפקטי – ולכן ניתן למוסס יותר‬
‫ממנו למרות שיש לו אותה מסה מולרית כמו בוטאנול נורמלי‪.‬‬
‫עד ‪ 4‬פחמנים הכהלים הם מסיסים במים‪ ,‬מעל זה מתחילים עם בעיות הידרופיליה והידרופוביה‪.‬‬
‫אם יש רק מולקולות כהל‪ ,‬הן מקיימות ביניהן קשרי מימן עם המימן האחד שיש לכל מולקולה‪.‬‬
‫הגרף הבא משווה בין אלקאנים – שאין בהם קשרים מלבד ואן דר ואלס רגעיים‪ ,‬אלקיל‪-‬הלידים שהם‬
‫פולאריים‪ ,‬וכהלים‪ .‬ניתן לראות שעבור אותו מספר פחמנים‪ ,‬נקודת הרתיחה הכי גבוהה היא של כהלים כי‬
‫יש להם קשרי מימן‪.‬‬
‫אומנם אלקיל הלידים הם פולאריים‪ ,‬אבל הם לא מתמוססים טוב במים ולרוב הם שוקעים – כי אין‬
‫להלוגנים יכולת ליצור קשרי מימן‪ .‬כהלים לעומת זאת‪ ,‬הם בעלי מסיסות גבוהה בהרבה‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫הרצאה ‪ :17‬משפחת הכהלים והאתרים‬
‫‪171‬‬
‫תכונות של כהלים ופנולים‪ :‬חומציות ובסיסיות‬
‫אם לוקחים מים ושמים חומצה‪ ,‬אנו יודעים שהמים קולטים פרוטון וחלק מהמולקולות הופכות ל‪.H3O+-‬‬
‫המים משמשים כבסיס‪ .‬אותו הדבר גם בכהל‪ :‬אם נמיס באלכוהול חומצה חזקה נקבל התנהגות בסיסית‬
‫ובמקום ‪ H3O+‬מקבלים ‪ RH2O+‬שהוא יון האוקסוניום‪.‬‬
‫הריאקציה דומה למה שקורה במים‪ ,‬וקבוע שיווי המשקל של הריאקציה קרוב לזה של מים‪.‬‬
‫כאשר שמים במים בסיס‪ ,‬לעומת זאת‪ ,‬המים מוסרים פרוטון – מתנהגים כחומצה‪ .‬כך גם הכהלים‪ :‬הכהל‬
‫ימסור את המימן שלו ויהפוך ‪ RO-‬שהוא יון האלקוקסיד‪.‬‬
‫גם בסביבה נייטרלית‪ ,‬תמיד יכול לקרות שמולקולת מים אחת תעביר פרוטון לחברתה‪ .‬גם בכהלים זה‬
‫קורה‪ :‬מולקולות מים נפגשות ומעבירות ‪ H+‬מהמולקולה האחת לשנייה‪ ,‬ואנחנו מקבלים יון ‪ .RO-‬אבל‬
‫הקבוע הוא כה נמוך עד שהשכיחות שלהם נמוכה מאוד‪ .‬זו לא השיטה לעשות זאת‪ .‬פנולים הם קצת יותר‬
‫חומציים‪ ,‬אבל לא נעסוק בהם‪.‬‬
‫אם נסתכל על ערכי ה‪ ,pKa-‬בטבלה הבאה‪ ,‬ככל שהערך נמוך יותר החומצה חזקה יותר‪ .‬לשם השוואה‪,‬‬
‫המים מצויינים עם הערך ‪ .15.74‬שימו לב שאין להשוות את הערכים האלה לחומצות כמו ‪ HCl‬או ‪.HI‬‬
‫אלו חומצות חזקות מאוד עם ערכי ‪ pKa‬גבוהים מאוד‪ .‬חומצה אצטית היא בעלת ‪ pKa‬נמוך יותר‪ ,‬אבל הן‬
‫עדיין חומצות; עכשיו מסתכלים על חומרים עם ‪ pKa‬של ‪ ;15-16‬אם נשווה אותם לחומצה אצטית‪ ,‬אפילו‬
‫היא תיראה חזקה מאוד‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫‪172‬‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫לניאובוטאנול יש ‪ pKa‬של ‪ ;18‬הרבה יותר נמוך ממים‪ .‬האתנול הוא עם ‪ ,16 pKa‬שזה כמעט כמו מים‪,‬‬
‫כך שערך הגבה יישאר בערך ‪ .7‬בשביל לראות שינוי בערך הגבה צריך ‪ pKa‬הרבה יותר נמוך משל מים‪.‬‬
‫לא מקבלים את זה גם ממתנול; אבל אם מסתכלים על תרכובת שהיא כמו אתנול אבל עם שלושה‬
‫פלואורים במקום שלושה מימנים‪ ,‬מקבלים חומצה הרבה יותר חזקה )ההמשך מפרט פנולים אז לא נתייחס‬
‫אליו(‪.‬‬
‫ככל שהכהל יותר מסועף – יותר קבוצות ‪ – R‬הוא חומצה חלשה יותר‪ .‬קבוצות ‪ R‬מחלישות‬
‫חומציות של כהל‪.‬‬
‫מה ההסבר לכך? אם נסתכל על מתנול‪ ,‬כהל ראשוני לא מסועף‪ ,‬לעומת ניאו‪-‬בוטאנול‪ :‬אם הכהל הוא‬
‫חומצה‪ ,‬אמור להישאר יון אלקוקסיד במים‪ .‬על מנת שהיון יהיה יציב‪ ,‬הוא צריך לאפשר למולקולות המים‬
‫לעטוף אותו ולייצב אותו‪ .‬הכהל הראשוני מאפשר זאת בקלות יחסית; אבל הניאו‪-‬בוטאנול הוא כה נפחי‪,‬‬
‫שהוא יוצר הפרעה מרחבית‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫הרצאה ‪ :17‬משפחת הכהלים והאתרים‬
‫‪173‬‬
‫ככל שהכהל מסועף יותר ועם קבוצות ‪ R‬גדולות יותר הן מפריעות למולקולות מים לעשות סולבציה‪,‬‬
‫לייצב את האלקוקסיד‪ ,‬ולכן הנטייה של היון להתקיים היא קטנה יותר – וזה מתבטא בערך ‪pKa‬‬
‫גבוה יותר בכהלים מסועפים יותר‪.‬‬
‫דרך אחרת להסתכל על זה היא דרך מושכי אלקטרונים ומוסרי אלקטרונים‪ .‬הרעיון הוא שכאשר מקבלים‬
‫תרכובת בעלת מטען‪ ,‬צריך לעזור ליון להתקיים על ידי קבוצות מוסרות‪/‬מושכות אלקטרונים‪ ,‬שייצבו את‬
‫היון‪.‬‬
‫יון שלילי מייצבים על ידי קבוצות מושכות אלקטרונים‪ .‬קבוצות מתיליות הן מוסרות אלקטרונים‪ ,‬ולכן‬
‫למעשה הן רק מגדילות את המטען השלילי‪ .‬משום כך היון פחות יציב‪ .‬ניתן לראות זאת גם בטבלה‪,‬‬
‫כשהחלפנו את המימנים בפלואורים‪ :‬הפלואורים הם מושכי אלקטרונים חזקים‪ ,‬ולכן הם מייצבים את היון‬
‫השלילי שנוצר מהתגובה החומצית ולכן זוהי חומצה חזקה יותר מהמקור ואפילו ממים‪.‬‬
‫קבוצות אלקטרושליליות מגדילות את החומציות של הכהלים‪.‬‬
‫יון האלקוקסיד ‪RO- -‬‬
‫זהו יון שנוצר מכהלים‪ .‬הוא נוקליאופיל חשוב בכימיה האורגנית וגם בסיס חשוב; השאלה היא איך‬
‫מקבלים אותו‪ .‬זו כמו השאלה מניין מפיקים ‪ .OH-‬הידרוקסיד מפיקים ממים‪ ,‬אבל באופן טבעי הריכוז‬
‫שלהם אפסי; התגובה הכי פשוטה לכך היא תגובה של מים עם מתכות אלקאליות‪.‬‬
‫אם לוקחים נתרן או אשלגן במים הם מגיבים בתגובה חזקה ומרשימה‪ .‬מבחינה כימית‪ ,‬מה שקורה הוא‬
‫שמעבר לפיצוץ )עקב שחרור מימן וחום(‪ ,‬מקבלים מימן ו‪ .NaOH‬אותו הדבר גם עם אשלגן – מקבלים‬
‫‪.KOH‬‬
‫התגובה הזו היא חימצון‪-‬חיזור בין נתרן למים; הלהבה נפלטת מהמימן שנדלק מהחום של התגובה שהיא‬
‫אקסותרמית מאוד‪ ,‬והוא בוער עם החמצן מהאוויר‪.‬‬
‫היות ואנו רוצים יון ‪ RO-‬במקום ‪ ,HO-‬אנחנו צריכים להגיב כהל במקום מים‪ .‬הריאקציה תהיה זהה‪,‬‬
‫משום שהמתכת האלקאלית מזהה את המימן – נתרן ואשלגן הם חומרים שנוטים למסור אלקטרון בצורה‬
‫חזקה מאוד‪ .‬המקבל של האלקטרון הוא המימן‪ ,‬גם במים וגם בכהל‪ .‬כשהוא קולט את האלקטרון הוא‬
‫הופך ל‪ H+-‬ויוצא החוצה‪ .‬לכן המתכת מזהה את המימן שקשור לחמצן ומגיבים איתו‪ .‬משום כך מה‬
‫שמתקבל בתגובה הוא פליטה של מימן ו‪.RONa-‬‬
‫שימו לב שהמימנים של האלקן אינם חומציים ולכן המתכת האלקאלית אינם מגיבים איתם‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪174‬‬
‫בצורה כזו מגדילים ריכוז של ‪ .RO-‬יש דרך נוספת‪ :‬אם המימן של הכהל הוא חומצי מעט‪ ,‬אפשר לסתור‬
‫אותו על ידי בסיס חזק‪ ,‬דוגמת ‪ .NaOH‬אולם החוזק שלו הוא דומה לחוזק של ‪ ,RONa‬ולכן הוא לא‬
‫יצליח לקרוע את ‪ .H+‬ולכן צריך בסיס חזק יותר‪:‬‬
‫•‬
‫סודיום הידריד – ‪.NaH‬‬
‫•‬
‫סודיום‪-‬אמיד – ‪.NaNH2‬‬
‫כששמים חומרים אלו עם כהל‪ ,‬היון ‪ H-‬תוקף את המימן החומצי ותולש אותו כדי להפוך למולקולת מימן‬
‫‪ .H2‬הנתרן נשאר כיון והכהל הופך ל‪ .RO--‬אותו הדבר הבסיס השני‪ ,‬שבו לא נוצרת מולקולת מימן אלא‬
‫אמוניה‪ .‬יום האמיד הוא יון חזק מאוד‪ ,‬כי הוא בא מאמוניה שיש לה נטייה לקלוט מימן – ולכן הנטייה הזו‬
‫חזקה פי כמה באמיד‪.‬‬
‫יצירה של כהלים ממשפחות קודמות שלמדנו‬
‫אי אפשר ליצור כהל ישירות מאלקאנים‪ ,‬כי הם מגיבים רק עם הלוגנים; אלקנים לעומת זאת יכולים‬
‫ליצור כהל בעזרת סיפוח של מים‪ .‬סיפוח מים יכול להיעשות לפי מרקובניקוב )שניוני או שלישוני( או‬
‫אנטי‪-‬מרקובניקוב )אלכוהול ראשוני(‪.‬‬
‫כמו כן אפשר להשתמש בתגובה ‪ :SN2‬אלקיל‪-‬הליד עם ‪ OH-‬בריכוז גבוה‪ ,‬במיוחד באלקיל הליד ראשוני‬
‫או שניוני‪ ,‬תיתן לנו כהל‪.‬‬
‫יחסית קל להפוך אלקיל‪-‬הלידים לכהלים‪.‬‬
‫כל שאר התגובות באיור לא למדנו עדיין‪.‬‬
‫אם מסתכלים על התרשים‪ ,‬כל הריאקציות הן בשיווי משקל‪ :‬כלומר‪ ,‬אם מאלקיל הליד אפשר ליצור כהל‪,‬‬
‫אפשר ליצור אלקיל הליד מכהל‪ .‬יחד עם זאת יש לציין שהתהליך ההפוך הוא קשה יותר‪ ,‬כי ‪ OH-‬היא‬
‫קבוצה עוזבת גרועה‪ .‬כך גם אלקנים בסביבה חומצית‪ ,‬שיוצרים כהל‪ ,‬אבל כהל בסביבה חומצית יוצר‬
‫אלקן; תהליך זה הוא באמת הפיך ברמה מדאיגה מבחינת ניצולת‪.‬‬
‫בהרבה אתרים פעילים של אנזימים הקטליזה יוצאת לפועל תודות לחומצות אמינו עם שייר ‪OH‬‬
‫כהלי‪ .‬הריאקציות שנלמד כאן הן באמת ריאקציות נפוצות בתחום הביוכימיה‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫הרצאה ‪ :17‬משפחת הכהלים והאתרים‬
‫‪175‬‬
‫הקבוצה ‪ OH‬היא קבוצה עוזבת גרועה‬
‫בתגובה הבאה רואים כהל ונוקליאופיל בניסיון התמרה‪ .‬התגובה הזו לא יוצאת לפועל סתם כך‪ ,‬כי ‪OH‬‬
‫היא קבוצה עוזבת גרועה שאף נוקליאופיל לא מצליח לנתק בקלות; נראה כאילו הניסיון נידון לכישלון‪.‬‬
‫לפיכך כל מה שנלמד במשפחה הזו הן שיטות להפוך את ‪ OH‬בעזרת מתווך שלישי לקבוצה עוזבת‬
‫טובה‪.‬‬
‫אמרנו לגבי קבוצות עוזבות שככל שהקבוצה מהווה בסיס חלש יותר‪ ,‬הקבוצה העוזבת טובה יותר‪OH .‬‬
‫הוא בסיס חזק; אבל אם נצליח לחבר ‪ H‬שיהפוך את הקבוצה העוזבת למים‪ ,‬מים הם בסיס חלש ולכן‬
‫הקבוצה העוזבת תהיה טובה‪ .‬כל מה שצריך לעשות הוא פרוטונציה ל‪ ,OH-‬ואז כבר כל נוקליאופיל‬
‫יוכל לסלק אותם – ב‪ SN2-‬או יותר נפוץ ב‪.SN1-‬‬
‫אולם יש בעיה‪ :‬רוב הנוקלאופילים הם בסיסים בעצמם‪ ,‬כפי שכבר אמרנו‪ .‬אם נשים אותם בסביבה‬
‫החומצית הזו‪ ,‬במקום לתקוף את הכהל הם יסתרו את החומצה‪ .‬מכאן שיש לנו בעיה‪ :‬מחד צריך סביבה‬
‫חומצית חזקה בשביל לחזק את הקבוצה העוזבת‪ ,‬ומאידך הסביבה הזו מנטרלת את הנוקליאופילים‪.‬‬
‫כאן יש חשיבות לחפש נוקליאופילים שהם נוקליאופילים טובים ובסיסים גרועים‪.‬‬
‫אין הרבה נוקליאופילים כאלה‪ ,‬אבל יש קבוצה אחת מבטיחה‪ :‬ההלוגנים‪ I- .‬נוצר מהחומצה ‪ ,HI‬שהיא‬
‫חזקה מאוד‪ ,‬ולכן הנטייה של ‪ I-‬לקשור מימן היא חלשה מאוד; לכן בסביבה החומצית הוא לא יבטל את‬
‫עצמו וישמור על הנוקליאופיליות‪ .‬מכיוון שהלוגנים באים מחומצות מאוד חזקות הם בסיסים כה‬
‫חלשים שהם לא יסתרו את החומצה‪ .‬כך ניתן להפוך כהל לאלקיל הליד בסביבה חומצית‪.‬‬
‫• כהלים ואתרים עוברים שיפעול בסביבה חומצית‪.‬‬
‫• רק נוקליאופילים שהם בסיסים חלשים יכולים לעבוד בקטליזה הזו‪.‬‬
‫בדוגמאות הבאות מופיעות שלוש התמרות של כהלים לאלקיל‪-‬הלידים‪ .‬כפי שאנו זוכרים‪ ,‬מבין ההלוגנים‪,‬‬
‫ככל שיורדים בטבלה המחזורית כך הוא נוקליאופיל יותר טוב‪ .‬רוב הריאקציות הולכות דרך ‪ ,SN1‬ולכן‬
‫קשה עד בלתי אפשרי להגיב כהל ראשוני – כי הוא יוצר קרבוקטיון ראשוני שהוא לא יציב‪ .‬לשם כך‬
‫משתמשים ביון היוד‪ ,‬טמפרטורה מאוד גבוהה – ‪ 200‬מעלות – וחומצה חזקה מאוד‪ .‬משמעות הדבר היא‬
‫שהתהליך מסוכן מאוד‪ ,‬ודורש תנאים מוגנים מאוד‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪176‬‬
‫כהל שניוני וכהל שלישוני עוברים גם הם התמרה מטיפוס ‪ ;SN1‬הם הולכים דרך קרבוקטיון‪ .‬השניוני‬
‫פחות יציב‪ ,‬ולכן מגיבים אותו עם ‪ HI‬או ‪ HBr‬בחום – אבל לא כה גבוה – וחומצה בריכוז לא קטן )אבל‬
‫לא גבוה כמו בראשוני(‪ .‬גם זו תגובה מסוכנת יחסית‪.‬‬
‫בשלישוני לוקחים את החומר כמעט ללא חימום ומקבלים התמרה בסביבה חומצית פשוטה ללא בעיה‪.‬‬
‫שני המנגנונים הם דרך ‪ SN1‬והמנגנון של הראשוני הוא דרך ‪.SN2‬‬
‫מנגנונים‬
‫לפני שעושים התמרה צריך לעשות פרוטונציה של ה‪ – OH-‬אנחנו רואים זוג אלקטרוני ‪ LP‬של החמצן‬
‫קושר ‪ H‬מהחומצה‪ .‬כך נוצרת קבוצה עוזבת טובה – מים‪ .‬היות והכהל שלישוני ויש קבוצה עוזבת טובה‬
‫מקבלים קרבוקטיון בקלות ואז הברום נכנס פנימה לקרבוקטיון )גם הממס יכול להגיב אבל מכיוון שהוא‬
‫מים לא יקרה כלום(‪.‬‬
‫המסלול משמאל לימין הוא ‪ ,SN1‬עובר בקרבוקטיון‪ ,‬ולכן צריך לקחת בחשבון שחלופים‪.‬‬
‫הפיצול מטה הוא לכיון התגובה ‪ ,E1‬מה קורה למולקולות שעוברות ‪ E1‬מהקרבוקטיון‪ .‬הללו הופכות‬
‫לאלקן‪ ,‬אבל האלקן הזה בסביבה של ריכוז ‪ HBr‬גבוה יגיב בתגובת סיפוח של אלקנים – מה שייתן‬
‫במילא את אותו התוצר הסופי‪ .‬שתי התגובות – התמרה ואלימינציה – נותנות אותו תוצר סופי‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫הרצאה ‪ :17‬משפחת הכהלים והאתרים‬
‫‪177‬‬
‫עם הכהל הראשוני‪ ,‬אנחנו עוברים התמרה מטיפוס ‪ ,SN2‬ולו רק כי קשה ליצור קרבוקטיונים ראשוניים‪.‬‬
‫עושים פרוטונציה לחמצן‪ ,‬מקבלים מים כקבוצה עוזבת‪ ,‬ועכשיו צריך נוקליאופיל חזק שיגרש את המים‬
‫ויתחבר לפחמן באותו הצעד‪ .‬כך תתקבל ההתמרה‪ .‬התהליך קשה ודורש ריכוזי חומצה והלוגן גבוהים‬
‫וטמפרטורות גבוהות‪ .‬מאוד לא מומלץ לנסות לבד‪.‬‬
‫קטליזה בעזרת אבץ‪-‬כלוריד‬
‫הבעיה העיקרית של התגובות היא החימום; לכן כימאים אורגנים פיתחו זרזים שיאפשרו את התהליכים‬
‫במהירות סבירה גם בטמפרטורות נמוכה‪ .‬אחד הזרזים האלה היא ריאגנט לוקאס‪ .‬ריאגנט זה מכיל תמיסה‬
‫של ‪ HCl‬והמלח אבץ‪-‬כלורי )‪.(ZnCl2‬‬
‫האבץ הוא הקטליזטור של הריאקציה‪ :‬הוא מזרז תהליכי ‪ .SN1‬משום כך ניתן לקחת כהל שניוני או‬
‫שלישוני‪ ,‬לטפטף לתוכו את הזרז‪ ,‬ולקבל ללא חימום את ההתמרה במהירות סבירה‪ .‬לעומת זאת‪ ,‬זה לא‬
‫משפיע כהוא זה על תהליך ‪ SN2‬שעובד על כהל ראשוני‪ .‬משום כך בכהל ראשוני לא מקבלים כלום; אבל‬
‫רואים תגובה עם שניוני או שלישוני‪ .‬ניתן להבחין בתגובה כי האלקיל‪-‬הליד הוא לא מסיס כמו כהל ולכן‬
‫התמיסה נעשית עכורה‪.‬‬
‫תגובה עם תיוניל כלוריד‬
‫עדיין נשארנו עם הבעיה הקשה של להגיב כהל ראשוני ולהפכו לאלקיל הליד; אומנם זה אפשרי אבל רק‬
‫בתנאים דראסטיים‪ ,‬מסוכנים שיכולים להרוס חלקים אחרים של המולקולה שניזוקים מהתנאים‬
‫הקיצוניים‪ .‬לכן ניסו ליצור תנאים סבירים ובטוחים גם להפיכה של כהל ראשוני לאלקיל הליד‪.‬‬
‫לשם כך מצאו שני ריאגנטים‪ ,‬כאשר הראשון בהם הוא תיוניל כלוריד‪ .‬כהל ראשוני עם תיוניל כלוריד‪,‬‬
‫וחימום קל ל‪ 30-50-‬מעלות‪ ,‬מקבלים מספר תוצרים – כשזה שמעניין אותנו הוא אלקיל הליד‪.‬‬
‫לפיכך לרוב משתמשים בריאגנט הזה לתגובה‪ :‬הוא בטוח‪ ,‬קל לשימוש ולא דורש תנאים קיצוניים‪ .‬הוא‬
‫עובד גם על כהל שניוני אבל לא על כהל שלישוני‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪178‬‬
‫מבחינת מנגנון‪ ,‬התיוניל כלוריד משמש במקום הפרוטון‪ ,‬הופך את הקבוצה העוזבת הגרועה לטובה‪ :‬כלור‬
‫אחד ומימן יוצאים מהחומר כ‪ HCl-‬והגופרית מתחברת את החמצן של הכהל‪ .‬כתוצאה מכך קבוצת ה‪-‬‬
‫‪ OH‬הופכת לקבוצה הענקית עם החמצן‪ ,‬הכלור והגופרית‪ .‬זוהי קבוצה עוזבת טובה מאוד‪ .‬בצורה זו‬
‫הפכנו את ‪ OH‬לקבוצה עוזבת טובה‪ ,‬שהיא לא מים‪.‬‬
‫כעת כל נוקליאופיל יכול לתקוף ואנחנו מקבלים אלקיל הלידים ראשוניים או שניוניים‪.‬‬
‫הריאגנט השני הוא מלח זרחן‪ PBr3 .‬או ‪ PCl3‬גם כן מאפשרים יצירת אלקיל הלידים מהירה עם כהל‬
‫ראשוני‪ .‬התגובה דומה למה שקורה עם תיוניל‪-‬כלוריד‪.‬‬
‫במבחן‪ ,‬אם מקבלים כהל ראשוני וצריך להפוך אותו לאלקיל הליד כדי להמשיך הלאה‪ ,‬למשל ליצור‬
‫גריניארד‪ ,‬אזי צריך להפוך את הכהל הראשוני לאלקיל הליד‪ .‬השיטה היא ציוניל כלוריד או ‪ .PBr3‬כל‬
‫תשובה אחרת לא תתקבל!‬
‫הפיכת כהל לאלקן‬
‫תהליך זה הוא תהליך אלימינציה‪ E1 ,‬או ‪ .E2‬גם אלימינציות צריכות קבוצה עוזבת טובה‪ ,‬ולכן גם תהליך‬
‫זה מתבצע בסביבה חומצית‪ .‬אולם תהליך קבלת האלקן מכהל הוא תהליך שבו יוצא מפחמן אחד ‪H‬‬
‫ומפחמן שני ‪ – OH‬יצאו מים )תהליך ייבוש – דהידרציה(‪.‬‬
‫התהליך נעשה בסביבה חומצית; אבל יש כאן בעיה‪ :‬אם לוקחים אלקנים בסביבה מימית עם חומצה אנחנו‬
‫מקבלים סיפוח של מים שנותן כהל – אז למה יש חץ אחד‪ ,‬שהרי זו תגובת שיווי משקל? זה אכן תהליך‬
‫כזה‪ ,‬וזו עובדה בעייתית‪ .‬אם אנחנו מעוניינים שהתוצר העיקרי יהיה אלקן ולא יחזור אחורה צריך‬
‫להפעיל שיקולי לה‪-‬שטלייה‪ .‬אם נרצה תוצר עיקרי של אלקן‪ ,‬צריך לדחוף את הריאקציה ימינה על ידי‬
‫סילוק מים – מניעת הגעה לשיווי משקל‪.‬‬
‫אם רוצים לקבל כהל מאלקן מוסיפים הרבה מים‪.‬‬
‫בעיית הייבוש שונה בכהלים מדרגות שונות‪:‬‬
‫•‬
‫כהל שלישוני – עובד מהר‪ ,‬אפילו ללא חימום‪.‬‬
‫•‬
‫כהל שניוני – צריך ריכוז גבוה מאוד של חומצה חזקה – ‪ 75%‬חומצה גופרתית‪ ,‬ועוד בטמפרטורה‬
‫גבוהה של ‪ 100‬מעלות‪ .‬מולקולות רגישות לא שורדות את התהליך – אם לכהל יש קבוצות אחרות‬
‫למשל‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫הרצאה ‪ :17‬משפחת הכהלים והאתרים‬
‫•‬
‫‪179‬‬
‫כהלים ראשוניים צריכים תנאים קיצוניים‪ ,‬לא מעשיים‪.‬‬
‫מה זה אומר? משמעות הדבר היא שאם השלישוני מגיב יותר טוב מראשוני‪ ,‬ברור שזה מנגנון שעובר דרך‬
‫קרבוקטיון‪ .‬כלומר שזה מנגנון ‪.E1‬‬
‫בתגובה רואים כהל שלישוני שמגיב בממס פולארי לא פרוטי‪ .‬המימן יוצא מאחד הפחמנים השכנים לפחמן‬
‫הכהלי‪ ,‬והתוצר העיקרי מתקבל לפי תוצר זייצב‪ .‬המנגנון הוא מנגנון של ‪ E1‬עם ההבדל שצריך להפוך‬
‫את הקבוצה העוזבת לקבוצה עוזבת טובה‪ ,‬על ידי פרוטונציה של ‪.OH‬‬
‫כדי למנוע חזרה אחורה צריך לסלק את התוצרים – כלומר להטות לפי שיקולי לה‪-‬שטלייה‪.‬‬
‫הגרדיינט מראה את יעילות הדהידרציה בין סוגי הכהלים – שלישוני טוב משניוני ושניוני טוב מראשוני‪.‬‬
‫בראשוני‪ ,‬אם בכלל קורה משהו‪ ,‬התגובה היא ‪ E2‬ולא ‪ ,E1‬כי קשה ליצור קרבוקטיון‪ .‬גם כאן יש‬
‫פרוטונציה של ה‪ ,OH-‬ואז בסיס חזק קורע את ה‪ H-‬ובו זמנית נוצר הקשר הכפול יחד עם עזיבת‬
‫הקבוצה‪ .‬הבעיה היא שרוב הבסיסים הם נוקליאופילים ולכן ברוב המקרים נקבל התמרה ולא אלימינציה‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫‪180‬‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫חימצון כהלים‬
‫התגובה האחרונה של כהלים היא תהליכי חימצון‪ .‬כהלים מתחמצנים בקלות‪ .‬ככל שלפחמן יש יותר‬
‫קשרים עם חמצן‪ ,‬הוא מחומצן; ככל שיותר עם מימנים – הוא מחוזר‪ .‬המעבר ממחומצן למחוזר הוא חיזור‬
‫וההיפך הוא חימצון‪.‬‬
‫אם מחמצנים כהל ראשוני הוא יכול להפוך בשלב הראשון לאלדהיד‪ ,‬וברוב המקרים זה ממשיך הלאה‬
‫לדרגה מחומצנת יותר – חומצה קרבוקסילית‪ .‬הבעיה העיקרית היא לעצור באמצע‪ ,‬שאת זה נראה‬
‫בהמשך‪.‬‬
‫כהל שניוני מחמצנים והוא הופך לקטון‪ ,‬שם זה נעצר‪ .‬כהל שלישוני לא ניתן לחמצן כי חייבים מימן אחד‬
‫או שניים על החמצן‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :18‬אלכוהולים – המשך‬
‫‪181‬‬
‫‪11.05.2010‬‬
‫שיעור ‪ :18‬אלכוהולים – המשך‬
‫דיברנו כבר על כך שכהלים בריאקציות של כימיה אורגנית מעט דומים לאלקיל הלידים‪ ,‬מלבד זה שיש‬
‫להם קבוצה עוזבת גרועה‪ ,‬שאנחנו צריכים להמיר לקבוצה טובה על מנת לעשות התמרה או אלימינציה‪.‬‬
‫תגובות חימצון‬
‫כהלים יכולים לעבור חימצון – ניתן לחמצן כהל ראשוני או שניוני‪.9‬‬
‫חימצון של כהלים ראשוניים‬
‫ניתן להשתמש במחמצנים שונים‪ ,‬אבל הכהל הראשוני הוא בעייתי כי הוא יכול לעבור שני שלבים‪:‬‬
‫•‬
‫בשלב ראשון החימצון העדין הופך אותו לאלדהיד‪.‬‬
‫•‬
‫בהמשך הוא הופך לחומצה קרבוקסילית‪.‬‬
‫הכימאים חיפשו למעשה משהו שיחמצן אותו רק עד אלדהיד‪ .‬חומר זה הוא פירידיניום כלורו‪-‬כרומאט‬
‫)‪ .(PCC‬הספרות מעלה שתי סיבות אפשריות לכך שחומר זה לא הולך עד חומצה קרבוקסילית‪:‬‬
‫•‬
‫יש לו זיקה לקבוצה כהלית יותר מלקבוצה אלדהידית‪.‬‬
‫•‬
‫זו ריאקציה שנעשית בלי מים ולכן השלב השני של החימצון לא מתרחש‪.‬‬
‫בין אם זה כך או כך‪ ,‬זהו המחמצן‬
‫שהופך כהל ראשוני לאלדהיד; כל‬
‫מחמצן‬
‫אחר‬
‫יהפוך‬
‫את‬
‫הכהל‬
‫הראשוני לחומצה קרבוקסילית‪.‬‬
‫חימצון של כהלים שניוניים‬
‫כהל שניוני הופך להיות קטון‪ .‬שימו‬
‫לב שהקשר הכפול במבנה הטבעות‬
‫של טסטסטורון לא נפגע בתגובה –‬
‫כי‬
‫זה‬
‫חימצון‬
‫עדין‬
‫)המחמצן‬
‫‪ KMnO4‬למשל כן היה פוגע בו(‪.‬‬
‫‪ 9‬יש ריאקציות עקיפות לחימצון כהל שלישוני‪ ,‬אך אנו לא נעמיק בהן‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫‪182‬‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫אתרים‬
‫אתר הוא נגזרת של כהלים שבה למעשה יש שתי‬
‫קבוצות ‪ R‬המחוברות ל‪ .O-‬זה דומה בכך גם‬
‫למולקולת המים רק שהזווית בין הקבוצות יותר‬
‫גדולה כי הקבוצות יותר גדולות מבחינה נפחית‪.‬‬
‫המולקולה הזו היא פולארית משום שהחמצן שלילי‬
‫יותר מאשר הפחמנים‪.‬‬
‫מכיוון שהמולקולות פולאריות יש לכך השפעה על כוחות המשיכה ביניהם‪ :‬אתרים רותחים בנקודות‬
‫יותר גבוהות מאלקאן או אלקן‪ .‬אבל אין כאן קשרי מימן‪ ,‬כי אין מימן שקשור לחמצן או חנקן שיכול‬
‫לתת קשר מימן עם החמצן‪ ,‬זאת להבדיל מכהלים )ולכן הם לא עוברים בטמפרטורות הרתיחה שלהם כהל‬
‫מקביל מאותה מסה(‪.‬‬
‫דבר נוסף שניתן לומר הוא שהאתרים הם מסיסים במים‪ ,‬כי החמצן כן יכול ליצור קשרי מימן עם‬
‫המימנים של המים – וכך ניתן למוסס אתרים קטנים בתוך מים; קבוצות ‪ R‬גדולות יפריעו לכך מטעמי‬
‫הידרופוביות‪.‬‬
‫נקודות רתיחה‬
‫כאשר משווים נקודות רתיחה של אתר מול אלקאן‬
‫בעל משקל דומה‪ ,‬רואים שלאתר יש נקודת רתיחה‬
‫יותר גבוהה מאלקאן אבל היא לא מגיעה לרמות של‬
‫כהל‪.‬‬
‫נומנקלטורה של אתרים‬
‫השיטה הפשוטה ביותר היא לתת שם‬
‫לפי שתי הקבוצות משני צידי החמצן‪,‬‬
‫ובסוף להוסיף את המילה ‪.ether‬‬
‫שיטה זו היא שיטת ה‪.IUPAC-‬‬
‫לחומרים אלו יש גם שמות קלאסיים‪,‬‬
‫כמו ‪ .Anisole‬באתרים ציקליים למשל‬
‫שבהם החמצן הוא חלק מטבעת‪ ,‬יש גם‬
‫שמות קלאסיים כמו ה‪.THF-‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :18‬אלכוהולים – המשך‬
‫‪183‬‬
‫מתן שמות לאתר שייר‬
‫כאשר האתר הוא שייר של‬
‫השרשרת‬
‫הראשית‪,‬‬
‫אנחנו‬
‫יכולים לתת לו שם שייר‬
‫הנגמר בסיומת ‪ ,oxy‬כמו‬
‫‪.methoxy‬‬
‫סינתזה של אתרים‬
‫השיטה הידועה ביותר היא‬
‫סינתזת וויליאמסון‪ :‬תגובה של‬
‫‪ RO‬עם אלקיל הליד לקבלת‬‫הוספה של האלקיל לחמצן‪.‬‬
‫תגובות של אתרים‬
‫אנו לא נכנסים לעומק של תגובות האתרים‪ ,‬אבל אנחנו יכולים לראות תגובה אחת שהיא דומה מאוד לזו‬
‫של כהל‪ .‬אתרים יכולים לשמש כבסיסים שקולטים ‪ - H+‬החמצן עובר פרוטונציה ואז למעשה במקום‬
‫אתר שניוני אנחנו יכולים לקבל כהל שניוני‪ .‬התהליך הזה הוא הפיך ותלוי בריכוז המגיבים מול התוצרים‬
‫ובשיווי המשקל ביניהם‪.‬‬
‫ואולם‪ ,‬יש בעיה‪ :‬הרי כל אחת‬
‫מזרועות ה‪ O-‬נחשבת כ‪;R-‬‬
‫כשאנחנו עושים פרוטונציה לחמצן אנחנו צריכים להחליט מיהי הקבוצה העוזבת‪ .‬תוצר הביניים הוא‬
‫תוצר שיש לו קבוצה עוזבת טובה שניתן לסלק עם נוקליאופיל – בין אם על ידי ‪ SN2‬או ‪ .SN1‬הקביעה‬
‫בנוגע למקום שבו יישבר הקשר נובעת מאופי הנוקליאופיל‪ ,‬כי רוב התגובות האלה הן התמרה מטיפוס‬
‫‪ .SN2‬הנוקליאופיל יתקוף את הפחמן הכי חשוף ולכן הוא יתקוף את הפחמן הפחות מותמר‪ ,‬שפחות מופרע‬
‫מרחבית‪.‬‬
‫אין בריאקציה הזו דבר ששונה מכהלים‪ ,‬אלא העובדה שכאן זה ‪ RO‬ולא ‪.OH‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪184‬‬
‫אתרים ציקליים ואפוקסידים‬
‫עולם האתרים רחב מאוד במיוחד בתגובות ביולוגיות; אתרים ציקליים הם מפורסמים במיוחד בתור‬
‫ממסים‪ ,‬כמו הדיאוקסן או ה‪ .THF-‬האתרים הציקליים הם אתרים לכל דבר ואפשר לעשות איתם אותן‬
‫תגובות‪ ,‬אולם פרוטונציה למשל פשוט פותחת את הטבעת‪.‬‬
‫היחיד ששונה באתרים הציקליים‬
‫הוא אתר ציקלי של טבעת‬
‫משולשת‪ .‬טבעת כזו היא תמיד‬
‫בעייתית‪ ,‬ובין האתרים הציקליים הן‬
‫מכונות אפוקסידים‪ .‬טבעות אלו‬
‫שונות מטבעות אתריות רגילות‪,‬‬
‫ויש להן כימיה משלהם‪.‬‬
‫תיולים וסולפידים‬
‫שתי קבוצות אלו מופיעות לעיתים בביוכימיה‪ ,‬ומה שלמדנו בכהלים ואתרים דומה בתיולים ובסולפידים‪.‬‬
‫תיול הוא למעשה אלכוהול שבמקום ‪ O‬יש לו אטום גופרית ‪ ;S‬סולפיד הוא המקביל הדומה לאתר‪.‬‬
‫ההבדל העיקרי הוא שהקשרים ביניהם פחות פולאריים וכן שגופרית‪ ,‬בהיותו אטום גדול‪ ,‬יש לו אפילו‬
‫קשיים גדולים יותר ביצירת קשרים‪ .‬משום כך בעוד שכהלים הם נוזלים‪ ,‬תיולים הם נדיפים; עוד דבר‬
‫שניתן לציין הוא שהם חומרים מסריחים בצורה בלתי רגילה‪.10‬‬
‫נומנקלטורה של תיולים‬
‫מבחינת נומקלטורה‪ ,‬בתיולים פשוט נותנים סיומת ‪ thiol‬במקום ‪ ol‬שניתן לכהלים‪ .‬יש שם נוסף שנפוץ‬
‫בספרות והוא תוספת הקידומת ‪ .Mercapto‬הסיבה היא שלחומרים אלו יש נטייה להגיב עם כספית‪,‬‬
‫והמילה "מרקאפטו" משמעותה בלאטינית "תופס כספית"‪ .‬למשל ‪ Ethanethiol‬מכונה גם‬
‫‪ Mercaptoethanol‬כי הוא‬
‫"אתנול שתופס כספית"‪.‬‬
‫נומנקלטורה של סולפידים‬
‫הסולפידים‪,‬‬
‫המקבילה‬
‫כאמור‪,‬‬
‫של‬
‫הם‬
‫האתרים‬
‫ומבחינת השמות הם כמו‬
‫אתרים רק במקום הוספת‬
‫הסיומת‬
‫‪ether‬‬
‫מוסיפים‬
‫‪ .sulfide‬בסיומת של שייר‬
‫במקום ‪ oxy‬נותנים סיומת ‪.thio‬‬
‫‪ 10‬זה כנראה משהו מאוד טראומטי‪ ,‬כי עוד לא נולד הכימאי שלא טורח לציין עובדה זו‪ .‬לא חשובה למבחן‪ ,‬אבל חשובה לעתיד‪:‬‬
‫זו תכונה מצלקת נפשית‪ ,‬ככל הנראה‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :18‬אלכוהולים – המשך‬
‫‪185‬‬
‫חומצות האמינו‪ ,‬חלבונים והקשר שלהם לתיולים וסולפידים‬
‫אנחנו יודעים שיש חומצות אמינו עם סולפידים – ציסטאין למשל‪ .‬הריאקציה הבאה‪ ,‬של חימצון תיולים‬
‫לסולפידים‪ ,‬מוכרת לנו כבר מחלבונים‪.‬‬
‫אנו יודעים שאם נגיב תיול עם יוד יהיה תהליך של חימצון חיזור‪ :‬תיול יעבור חימצון והיוד חיזור‪,‬‬
‫והתוצר יהיה קשר קוולנטי של שני סולפידים – קשר המוכר כקשר דיסולפידי‪ ,‬קשר ‪.SS‬‬
‫יחד עם זאת יש לזכור כי אפשר‬
‫לחזר דיסולפידים ולהחזיר את‬
‫התהליך אחורה‪.‬‬
‫מציאת מסה של חלבונים דורשת פירוק קשרי דיסולפיד‬
‫התהליך שעושים בכל המעבדות בעת הפקת חלבונים‬
‫ואיפיונם‪ ,‬כלומר למידה על משקל מולקולארי וזיהוי‬
‫החלבון‪ ,‬הוא הרצה בג'לים של ‪.SDS‬‬
‫החלבונים נודדים בג'ל עם שדה חשמלי ולפי מרחק הנדידה‬
‫אפשר לדעת מה המסה הסדימנטית שלהם )‪ .(S‬מסה זו‬
‫משתנה לפי הצורה המרחבית של החלבון – כלומר מבנה‬
‫שלישוני ורבעוני‪.‬‬
‫כדי לנטרל השפעה של מבנה‪ ,‬מטפלים בחלבון בחומרים‬
‫שתחילה מפרקים קשרי מימן‪ ,‬ולאחר מכן מחזרים את כל‬
‫קשרי הדיסולפיד כך שלכל החלבונים יש אותה צורה‬
‫יחסית לינארית וניתן להשוות ביניהם לפי מרחק הנדידה‪.‬‬
‫תהליך שבירת הקשרים‬
‫הריאקציה שלרוב עושים היא לקחת את החלבון‪ ,‬שמכיל קשר‬
‫דיסולפיד בין שני חלקים של השרשרת ומוסיפים מנה כפולה‬
‫של‬
‫מרקאפטואתנול‬
‫)‪.(2CH3CH2SH‬‬
‫שתי‬
‫מולקולות‬
‫המרקאפטואתנול מחוזרות למעשה על ידי הקשר הדיסולפידי‪,‬‬
‫כך שלמעשה הקשר הדיסולפידי נפתח ל‪ SH-‬בודדים‬
‫והמרקאפטואתנול הופך לסולפיד‪.‬‬
‫כאשר מוציאים את כל התנאים האלה שמבטלים את הקשרים‪,‬‬
‫חלבונים לא גדולים ולא מורכבים מדי יכולים להתקפל חזרה‬
‫בדיוק למבנה השלישוני הנכון‪ .‬בחלבונים גדולים ו‪/‬או מורכבים זה‬
‫יותר קשה‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪186‬‬
‫שיעור ‪ :18‬תרכובות קרבונילים‬
‫תרכובות אלו חשובות מאוד מבחינה ביולוגית‪ ,‬והן משפחה שמכילה קשר כפול לחמצן‪ .‬הראשונים‬
‫במשפחה זו הם האלדהידים והקטונים‪.‬‬
‫אלדהידים וקטונים‬
‫כבר ראינו בעבר את הקבוצות האלה כתוצרים למשל של תגובות חימצון; אולם כעת ניכנס לעומק‬
‫המשפחה כי רבות מהתגובות הן תגובות של תרכובות קרבוניליות‪.‬‬
‫הטבלה הבאה נותנת דוגמאות של משפחות קרבוניליות‪ .‬השורה הראשונה היא הקבוצה שתמיד מוזכרת‬
‫בנשימה אחת – קטונים ואלדהידים – שנבדלות בעובדה שבאחת יש שייר ‪ R‬ובשנייה ‪ .H‬שני אלו שונים‬
‫מארבע הקבוצות האחרות; ההבדל העיקרי הוא שכל זרוע שקשורה לפחמן קשורה לקבוצה האלקיל כך‬
‫שבתנאים מסויימים האלקיל הופך להיות קבוצה עוזבת‪ .‬משום כך‪ ,‬כל ארבעת הקרבונילים האלה‬
‫מאופיינים בריאקציות של התמרה‪.‬‬
‫קבוצות אלו‪ ,‬בשורה השנייה והשלישית‪ ,‬מאוד דומות בתגובות הכימיות שלהן‪ ,‬ולכן הם מכונים‬
‫"תרכובות קרבוקסיליות"‪ .‬ואולם‪ ,‬באלדהידים וקטונים אין קבוצה עוזבת טובה‪ .‬משום כך הריאקציות‬
‫שלהם הן לא התמרה כי אם סיפוח‪ :‬נוקליאופיל שתוקף מתחבר ושום דבר לא עוזב‪.‬‬
‫בקבוצות הקרבוקסיליות אפשר תמיד לעבור בין קבוצות; באלדהידים וקטונים לא – יש רק‬
‫סיפוחים‪.‬‬
‫התמונה הבאה מציגה סוגים שונים של‬
‫קרבונילים שיש להם קבוצות עוזבות‬
‫טובות‪.‬‬
‫שימו לב שאמידים הם קרבונילים עם‬
‫מתמיר אמין; זאת להבדיל מאמינים‪,‬‬
‫שהם ללא החמצן‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :18‬תרכובות קרבונילים‬
‫‪187‬‬
‫תכונות הקבוצה הקרבונילית‬
‫מריבוי הצבעים באיור הבא ניתן להבין שיש‬
‫לקבוצה הזו הרבה מאוד איזורים שיכולים‬
‫להגיב עם כל מיני חומרים מן החוץ‪:‬‬
‫•‬
‫הקשר הכפול – קשר של קשר סיגמה‬
‫וקשר פאי‪ .‬הקשר מקוטב מאוד וכתוצאה‬
‫מכך הפחמן של הקרבונילי נתון להתקפה‬
‫של נוקליאופילים‪ .‬מסיבה זו חלק גדול‬
‫מתגובות הסיפוח או ההתמרה נעשות מהתקפה נוקליאופילית ישירה על הפחמן‪.‬‬
‫•‬
‫החמצן הוא שלילי‪ ,‬ולכן הרבה פעמים הוא מושך אליו אלקטרופילים‪ ,‬כאשר המפורסם בהם הוא‬
‫הפרוטון ‪.H+‬‬
‫•‬
‫שני הפחמנים משני צידי הפחמן הקרבונילי )באלדהיד יש רק פחמן אחד(‪ .‬פחמנים אלו מוכרים‬
‫כפחמני ‪ ,α‬והם חיוביים מעט עקב אינדוקציה מצד הדלתא של הפחמן הקרבונילי‪.‬‬
‫•‬
‫מימני ‪ α‬הם גם קצת חיוביים וכתוצאה מכך הם קצת חומציים‪ .‬משמעות הדבר היא שבסיס חזק יכול‬
‫לסתור את המימנים האלה ולתלוש אותם‪ ,‬וזוהי משפחה אחרת של תהליכים )כמו אלימינציה(‪.‬‬
‫כזכור‪ ,‬לפעמים אותו חומר יכול להיות גם נוקליאופיל טוב וגם בסיס טוב‪ ,‬ולכן קשה לדעת מה‬
‫יתקבל יותר‪.‬‬
‫נומנקלטורה‬
‫•‬
‫המיספור מתחיל באופן כזה שהפחמן הקרבונילי יקבל את המספור הכי נמוך‪.‬‬
‫•‬
‫השרשרת הראשית היא השרשרת הארוכה ביותר שמכילה בתוכה את הפחמן הקרבונילי‪.‬‬
‫•‬
‫אלדהידים‪,‬‬
‫הפשוטים‬
‫לפחות‪,‬‬
‫מקבלים את הסיומת ‪ .al‬שימו לב‬
‫שקבוצה אלדהידית חייבת להיות‬
‫בקצה‪ ,‬אחרת היא קטון‪.‬‬
‫מכיוון שהתרכובות האלו מצויות בטבע‬
‫והן ידועות מזה מאות שנים‪ ,‬יש להן גם‬
‫שמות קלאסיים – אתאנאל הוא‬
‫אצטאלדהיד‪ ,‬וכך כולם קוראים לו‪.‬‬
‫דוגמאות נוספות מובאות‬
‫באיורים משמאל‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪188‬‬
‫•‬
‫אם יש שתי קבוצות אלדהידים המולקולה מקבל את הסיומת ‪.dial‬‬
‫•‬
‫בקטונים‪ ,‬הסיומת המתקבלת היא‬
‫‪ one‬או ‪) dione‬אם יש שני‬
‫פחמנים קרבוניליים( והמיספור‬
‫מציין את מקום הפחמן הקרבונילי‪.‬‬
‫•‬
‫לקבוצה קרבונילית יש עדיפות על‬
‫קבוצה של קשר כפול‪.‬‬
‫סינתזה של אלדהידים וקטונים‬
‫חימצון עדין של כהלים‬
‫בתגובה הבאה אנחנו יכולים לראות יצירה של אלדהידים על ידי חימצון עדין של כהל ראשוני בעזרת‬
‫‪) PCC‬בלבד‪ ,‬כי אחרת זה יוצא חומצה קרבוקסילית(‪ .‬שימו לב שאם יש עוד קבוצה של קשר כפול‬
‫למשל שיכולה להיות מחומצנת יש גם סכנה‪ ,‬כי היא יכולה להגיב‪ ,‬אבל בעזרת ‪ PCC‬נפטרים מהבעיה‪.‬‬
‫להכנה של קטונים מחמצנים כהלים שניוניים‪ .‬אם אין קבוצות רגישות אחרות אפשר לחמצן עם איזה‬
‫מחמצן שרוצים‪.‬‬
‫אוזונוליזה של אלקנים‬
‫שיטה נוספת היא על ידי אוזונוליזה של אלקנים‪ .‬באוזונוליזה‪ ,‬נשבר הקשר הכפול ונוצר קטון או אלדהיד‬
‫מכל אחד מפחמני הקשר הכפול‪ ,‬בתלות באופי בזרועות האחרות שלהם‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :18‬תרכובות קרבונילים‬
‫‪189‬‬
‫טאוטומריה – סיפוח מים לאלקינים‬
‫לוקחים אלקין ומספחים לו מים‬
‫בקטליזה חומצית; התוצר הראשוני‬
‫אינו יציב והוא הופך לקטון‪ .‬אם נעשה‬
‫סיפוח מים אנטי‪-‬מרקובניקוב נקבל אלדהיד‪.‬‬
‫התגובות של קטונים ואלדהידים‬
‫חימצון של אלדהידים‬
‫אלדהידים ניתנים לחימצון; קטונים אינם ניתנים לחימצון‪.‬‬
‫באופן כללי צריך לבדוק האם לפחמן שאמור לעבור את החימצון‪-‬חיזור יש מימנים שיכולים‬
‫להתחמצן; מכיוון שבקטונים אין מימנים לא ניתן לחמצן אותו‪.‬‬
‫חימצון של אלדהיד הופך אותו לחומצה‬
‫קרבוקסילית‪ ,‬כפי שראינו שקורה‬
‫לאלכוהולים‪ .‬אלדהיד הופך לחומצה‬
‫קרבקוסילית בקלות רבה כל כך שהוא‬
‫זכה לכינוי "חומר מחזר"‪.‬‬
‫ריאגנט טולן‬
‫ישנם תהליכים שמנצלים יכולת זו‪,‬‬
‫ואחד החומרים שמעודד זאת הוא‬
‫‪ ,Ag2O‬מלח כסף‪ .‬שמים אותו במים עם אמוניה‬
‫ומוסיפים את החומר שרוצים לבדוק אם הוא‬
‫אלדהיד‪ .‬אם הוא אלדהיד‪ ,‬מתרחשת הריאקציה‬
‫הבאה‪ ,‬שבה נוצרת שכבה דקה של משקע כסף; אם‬
‫אין אלדהידים לא מתרחש כלום‪ ,‬כי החומר יודע‬
‫לחמצן כמעט רק אלדהידים ולא שום דבר אחר‪.‬‬
‫תודות למשקע כסף משתמשים בשיטה זו לזיהוי קבוצות בכימיה‪ .‬הריאגנט הזה מפיק לנו לכאורה מראת‬
‫כסף בתחתית הכלי‪ ,‬והוא מכונה ‪ .Tollens Reagent‬זהו למעשה מבחן לנוכחות קבוצה אלדהידית‪ .‬אולם‬
‫זהו ריאגנט יקר‪ ,‬והערכות של התגובה יקרות‪ ,‬ולכן הוציאו אותו ממשרד החינוך‪ .‬כתחליף משתמשים ב‪-‬‬
‫‪.Fehling Reagent‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪190‬‬
‫ריאגנט פלינג‬
‫מגיבים את האלדהיד עם נחושת‪ ,‬מים‬
‫וחומצה טרטרית‪ .‬האלדהיד הופך‬
‫לחומצה קרבוקסילית ויוני הנחושת‪,‬‬
‫שהם בעלי צבע כחלחל וצובעים את התמיסה‪ ,‬יוצרים בתגובה מלח קשה תמס אדום וכך ניתן להבחין בו‬
‫בתגובה‪.‬‬
‫חיזור – הוספת מימן‬
‫כאשר חומר עובר חיזור‪ ,‬לרוב על פי הגדרה מה שקורה הוא שהחומר לוקח אלקטרונים מהמחזר‪ .‬השאלה‬
‫היא האם אלדהידים וקטונים יכולים לעבור חיזור‪.‬‬
‫בכימיה אורגנית‪ ,‬הדרך הנפוצה ביותר לחזר חומר היא להוסיף לו מימן עם שני אלקטרונים – ‪H-‬‬
‫)הידריד(‪ .‬הסיבה היא שההידריד הוא למעשה נוקליאופיל‪ ,‬היונים תוקפים את הפחמן ונוצר קשר עם‬
‫הפחמן בעזרת האלקטרונים של ההידריד‪ .‬הפחמן מנתק את קשר פאי לחמצן‪ ,‬החמצן הופך להיות בעל‬
‫מטען שלילי‪ ,‬ואז הוא לוקח מימן )פרוטון הפעם( מהמים‪ ,‬והופך להיות כהל‪.‬‬
‫בצורה כזו הפחמן‪ ,‬שהיה קטון‪ ,‬הופך להיות כהל בעל מימן‪ .‬מוסרי המימנים‪ ,‬המחזרים הטובים‪ ,‬הם‬
‫‪ LiAlH4‬והחומר ‪ .NaBH4‬הריאקציה של ליתיום‪-‬אלומיניום היא יותר אקסותרמית‪ ,‬יותר חזקה‪ ,‬ובמגע‬
‫עם מים יכולה לגרום לפיצוצים‪ ,‬לכן בטוח יותר לעבור עם סודיום‪-‬בורון‪.‬‬
‫מחזרים קטונים או אלדהידים ומקבלים למעשה כהלים‪ .‬אבל זה ברור‪ ,‬כי חימצון של כהלים נותן‬
‫אלדהידים וכהלים‪.‬‬
‫דוגמה‪ :‬ניתן לראות שאלדהידים‬
‫שעוברים חיזור נותנים כהל ראשוני‬
‫בעוד שקטונים שעוברים חיזור נותנים‬
‫כהל שניוני‪ .‬שוב‪ ,‬זה הגיוני כי חימצון‬
‫של כהל ראשוני נותן אלדהיד וחימצון‬
‫של כהל שניוני נותן קטון – אלו תגובה‬
‫והיפוכה‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :18‬תרכובות קרבונילים‬
‫‪191‬‬
‫תגובות סיפוח נוקליאופיליות‬
‫בתגובות אלו‪ ,‬שהן לאו דווקא חימצון חיזור‪ ,‬מדביקים לפחמן הקרבונילי מתמיר שונה ומקבלים חומר‬
‫חדש‪ .‬הריאקציות הבאות משתנות אחת מהשנייה לפי אופי הנוקליאופיל – כל תוצר מקבל קבוצה‬
‫פונקציונאלית )או לא( בהתאם לאופי‬
‫הנוקליאופיל‪.‬‬
‫הנוקליאופיל תוקף את הפחמן‪ ,‬מתקבל‬
‫תוצר ביניים טטראדרלי עם מטען‬
‫שלילי על החמצן‪ ,‬ואז בשלב השני והמהיר של התגובה מתקבלת פרוטונציה של החמצן‪ .‬התוצר נראה כמו‬
‫תוצר ריאקציה של סיפוח‪.‬‬
‫פעמים רבות‪ ,‬כדי לזרז את הריאקציה‬
‫הזו‪ ,‬משתמשים בסביבה חומצית‪.‬‬
‫בסביבה זו‪ H+ ,‬תוקף את החמצן‪.‬‬
‫כתוצאה מכך מתקבל תוצר הביניים הבא‪ :‬כעת לחמצן יש מטען חיובי‪ ,‬אבל למעשה עיקר המטען החיובי‬
‫נמצא בפחמן‪ ,‬תודות לרזוננס של זוג אלקטרוני פאי של הקשר הכפול אל החמצן‪ ,‬מה שמפרק זמנית את‬
‫הקשר ונותן מטען חיובי לפחמן‪.‬‬
‫יחד עם זאת אנו רואים שהתוצאה היא‬
‫תוצאה זהה‪ ,‬תוצר סיפוח; יש בעיה עם‬
‫קטליזה חומצית כי נוקליאופילים‬
‫מאבדים את יכולתם בסביבה כזו – כי רובם הם גם בסיסיים‪ ,‬ואז עשויים להגיב בתגובת סתירה עם‬
‫הסביבה החומצית‪.‬‬
‫אלקטרופיליות של אלדהידים וקטונים‬
‫למרות שהם עוברים תהליכים דומים‪ ,‬אלדהידים יותר‬
‫פעילים מקטון‪ .‬יש לכך שתי סיבות‪:‬‬
‫•‬
‫ייצוב המטען החיובי – אנחנו יודעים‬
‫שבקרבוקטיון‪ ,‬ככל שהוא יציב יותר כך הוא‬
‫נוטה להיווצר‪ .‬אולם קרבוקטיון הוא תוצר ביניים; מה עם התוצרים הסופיים? מכיוון שקטונים בעלי‬
‫יותר קבוצות התמרה על הפחמן הקרבונילי הרי שהוא יציב יותר‪ ,‬פחות פעיל‪.‬‬
‫•‬
‫הריאקציות עד כה היו התקפות נוקליאופיוליות על הפחמן הקרבונילי‪ .‬ככל שהסביבה הזו יותר‬
‫מופרעת‪ ,‬יהיה יותר קשה לתקוף והחומר יהיה פחות נתון לתגובה‪ .‬בדומה לשיקולים שראינו גם‬
‫באלקיל‪-‬הלידים‪ ,‬אנו יכולים לסווג את התגובה ופעילותה לפי סוג האלדהיד או הקטון‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪192‬‬
‫ריאגנט גריניארד ותרכובות קרבוניליות‬
‫ריאגנט גריניארד יוצרים מאלקיל‪-‬הלידים – לא משנה אילו‪ .‬כאשר מגיבים אותם עם מגנזיום וללא מים‬
‫מקבלים את הריאגנט‪ .‬כל הריקאציות של גריניארד הן כדלקמן‪:‬‬
‫•‬
‫תגיב ללא מים בהתחלה‪.‬‬
‫•‬
‫תוציא את המים לקראת סיום‪.‬‬
‫אם נשים את המים בהתחלה‪ ,‬הריאגנט יהפוך לאלקאן בו אנו לא מעוניינים‪.‬‬
‫תגובה עם קטונים ואלדהידים‬
‫תרכובת קרבונילית כלשהי מסונתזת בשלבים הבאים‪:‬‬
‫•‬
‫בשלב ראשון שמים ממס פולארי לא פרוטי‪ ,‬ואז הריאגנט מגיב‪.‬‬
‫•‬
‫בשלב השני שמים מים ואז נוצר כהל‪ .‬המיוחד בכהל זה הוא קשר בין שרשרת ‪ R‬שהייתה בריאגנט‪,‬‬
‫שעכשיו עברה לכהל‪ .‬זוהי ריאקציה שמאפשרת לנו סינתזה והארכת שרשרות‪.‬‬
‫כדי לקבל ריאגנט גריניארד חייבים אלקיל‪-‬הלידים‪ .‬צריך ליצור את הריאגנט‪ ,‬ולא יתקבל במבחן אם לא‬
‫כותבים את הסינתזה שלו לפני שמשתמשים בו!‬
‫תגובה של פורמאלדהיד נותנת כהל ראשוני; תגובה עם אלדהיד כלשהו עם ריאגנט גריניארד תחבר בין‬
‫הפחמן הקרבונילי לפחמן של המגנזיום‪ ,‬שהוא נותן לנו כהל שניוני‪ .‬כאשר מגיבים את התגובה עם קטון‪,‬‬
‫אנחנו מקבלים כהל שלישוני‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :18‬תרכובות קרבונילים‬
‫‪193‬‬
‫דוגמאות נוספות לתגובה‪:‬‬
‫סיכום‬
‫זוהי אחת השיטות הטובות ביותר להשגת‬
‫תרכובות גדולות ומורכבות על ידי חיבור‬
‫שתי שרשרות‪ .‬אחר כך ניתן לסלק את‬
‫הקבוצה הכהלית‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪194‬‬
‫תגובה עם כהלים ליצירת המיאצטאל‬
‫תגובה זו מתרחשת בין אלדהידים וקטונים לבין‬
‫כהלים‪ .‬כהלים הם חלשים מכדי להגיב עם‬
‫אלקיל הלידים‪ ,‬אבל באלדהידים וקטונים‬
‫הפחמן יותר פעיל‪ ,‬יותר חיובי‪ ,‬מאלקאן רגיל‪.‬‬
‫כאשר מגיבים אלדהיד או קטון עם כהל בסביבה‬
‫חומצית )חובה!(‪ ,‬הכהל תוקף את הפחמן‬
‫הקרבונילי‪ ,‬החמצן הופך לקבוצה ‪ OH‬כהלית‪,‬‬
‫והשייר שנדבק בצד השני של הפחמן הקרבונילי‬
‫הוא '‪ .OR‬התוצר הוא מעין חצי‪-‬אתר וחצי‪-‬‬
‫כהל‪ .‬חומר זה מכונה המי‪-‬אצטאל‪.‬‬
‫הבעיה היא שאם מגיבים כך עם קטון במקום‬
‫אלדהיד‪ ,‬מקבלים תרכובת שונה מעט – שבה‬
‫במקום ‪ H‬יש לה עוד ‪ .R‬ברוב הספרים קוראים‬
‫לזה המיקטאל‪ ,‬אבל מקמארי לא עושה את‬
‫ההבדלה הזו – שם הכוונה בהמיאצטאל היא‬
‫לכל תרכובת עם קשר ל‪ OH-‬וקשר ל‪.OR-‬‬
‫יצירה של אצטאל מהמיאצטאל‬
‫מה יקרה אם ניקח את ההמיאצטאל ונשים עודף כהל? בעודף כהל הקבוצה ‪ OH‬תעזוב ובמקומה נקבל‬
‫עוד קבוצה של ‪ – OR‬כלומר שתי קבוצות אתרים משני צידי הפחמן הקרבונילי )לשעבר(‪ .‬הפחמן הזה‬
‫שיש לו שתי קבוצות אתריות מצידיו הוא אצטאל או קטאל )אם מקורו בקטון ולא אלדהיד(‪.‬‬
‫הבעיה עם התגובה היא שיש בה שיווי משקל; אם האצטאל הוא התוצר שאנו מבקשים לקבל צריך לסלק‬
‫את המים‪ .‬אם רוצים לקבל את הקטון צריך לסלק את החומצה‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :19‬תרכובות קרבוניליות – קטונים ואלדהידים – המשך‬
‫‪195‬‬
‫‪12.05.2010‬‬
‫שיעור ‪ :19‬תרכובות קרבוניליות – קטונים ואלדהידים – המשך‬
‫מנגנון ליצירת המיאצטאל ואצטאל‬
‫בתמיסה חומצית המימן של החמצן נהיה חומצי יותר‪ ,‬וכך הכהל יכול לשמש כנוקליאופיל‪ .‬החמצן נקשר‬
‫לפחמן‪ ,‬המימן מהחמצן עובר לממס‪ ,‬ואנחנו מקבלים את התוצר שלנו‪.‬‬
‫אנו משתמשים לרוב בחומצות שהאניון שלהן הוא לא נוקליאופילי במיוחד‪.‬‬
‫אם נחזיק את ההמיאצטאל בתמיסה שרובה כהל ויש בה פרוטונים‪ ,‬יכולה להתרחש פרוטונציה של‬
‫החמצנים; פרוטונציה של הקבוצה עם האצטאל תחזיר אותנו אחורה‪ .‬אבל פרוטנציה של הקבוצה ‪OH‬‬
‫תיצור מים כקבוצה עוזבת‪ ,‬וזו קבוצה עוזבת טובה‪.‬‬
‫בשלב הזה המטען החיובי עובר לפחמן המחובר לאצטאל‪ ,‬ואז נוקליאופילים יכולים להגיב‪ .‬אם‬
‫הנוקליאופיל הוא כהל‪ ,‬הוא יכול להיכנס לאותו הפחמן‪ .‬בצורה זו מתקבל מהמי‪-‬אצטאל אצטאל מלא )או‬
‫קטאל מלא(‪.‬‬
‫הדרך היחידה לוודא שהאצטאל הוא התוצר העיקרי היא לפעול בסביבה עם כמה שפחות מים – אם‬
‫יש הרבה מים ופחות כהל התגובה תלך לכיוון ההמיאצטאל או אפילו קטון‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪196‬‬
‫אם יש לנו אצטאל ורוצים לשמור אותו בסביבה מימית בכל זאת‪ ,‬חייבים לשמור אותו בסביבה‬
‫מימית בסיסית כי על מנת לחזור אחורה הוא צריך סביבה חומצית; אבל סביבה בסיסית לא תאפשר‬
‫לו לחזור אחורה‪.‬‬
‫השימושים של אצטאל‬
‫למולקולה הזו יש מקבילות חשובות מאוד בביוכימיה – סוכרים‪ DNA ,‬וכולי עוברים תהליכים‬
‫אצטאליים‪.‬‬
‫כמו כן‪ ,‬זהו מנגנון טוב להגנה על קבוצות קרבוניליות של קטונים מפני שינויים שאנחנו רוצים שייפגעו‬
‫בקבוצות אחרות בעלות אופי דומה‪ ,‬בשל תכונת שיווי המשקל של התגובה‪.‬‬
‫אם נניח שאנחנו רוצים לחזר אסטר עם אלדהיד‪ ,‬אנחנו יודעים שאותם חומרים מחזרים את שתי‬
‫הקבוצות; לכן אנחנו הופכים את הקטון להמיאצטאל תחילה‪ ,‬אז מחזרים ואז מחזירים אחורה בתגובה‬
‫שיווי משקל פשוטה‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :19‬תרכובות קרבוניליות – קטונים ואלדהידים – המשך‬
‫‪197‬‬
‫התופעה הביולוגית – סוכרים הם המיאצטאלים‬
‫כשלוקחים חד‪-‬סוכר מחמישה או‬
‫שישה פחמנים‪ ,‬כמו שמופיע בטבע‪,‬‬
‫הם נמצאים בשיווי משקל בין מצב‬
‫טבעתי או לינארי‪ ,‬כאשר קבוע שיווי‬
‫המשקל הוא לטובת הטבעות‪ .‬איך‬
‫מסבירים את התהליך?‬
‫הפחמן הראשון בגלוקוז הוא אלדהידי‬
‫וכל שאר הפחמנים הם סוג של כהלים‪.‬‬
‫התגובה שמביאה לסגירה של הטבעת‬
‫היא תגובה בין הידרוקסיל של פחמן ‪5‬‬
‫לאלדהיד של פחמן ‪.1‬‬
‫כאשר זה נסגר‪ ,‬אם נסתכל על פחמן‬
‫‪ ,1‬אנחנו רואים שהוא קשור ל‪OH-‬‬
‫מחד ול‪ OR-‬מאידך‪ .‬זוהי בדיוק‬
‫ההגדרה של המיאצטאל‪.‬‬
‫באיור משמאל למטה מופיע המנגנון‪.‬‬
‫תהליך פרוטון טרנספר‪ :‬אנחנו יכולים לראות בשלב הביניים הראשון שמפחמן מספר ‪ 6‬יוצא פרוטון‬
‫ולחמצן של פחמן מספר ‪ 1‬נכנס פרוטון‪ .‬כך למעשה יש מעבר של פרוטון‪ .‬תהליך זה מכונה" ‪Proton‬‬
‫‪ "Transfer‬ואנחנו נראה אותו שוב בהמשך‪.‬‬
‫פולימריזציה של סוכרים היא יצירת אצטאלים מהמיאצטאלים‬
‫כאשר שתי טבעות כהליות מתחברות‪ ,‬למעשה יש חיבור של פחמן המיאצטל אשר מגיב עם אחד‬
‫מהפחמנים‬
‫שמחזיקים‬
‫‪OH‬‬
‫בסוכר השני‪ .‬הקשר המחבר‬
‫ביניהם‪ ,‬הקשר הגליקוזידי‪ ,‬הוא‬
‫בסך הכל אצטאל‪ :‬קיבלנו פחמן‬
‫שיש לו שתי קבוצות אתריות‪.‬‬
‫בסוכרים יש את שני התהליכים‪:‬‬
‫• סגירת סוכר לטבעת זה יצירה של המיאצטאל‪.‬‬
‫• התחברות בין שני סוכירם היא תהליך יצירה של אצטאל‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪198‬‬
‫תגובות של קטונים ואלדהידים ‪ -‬המשך‬
‫סיפוח נוקליאופילי של מים‪ :‬הידרציה‬
‫אם אלהידים וקטונים מגיבים עם אלכוהול‪ ,‬הרי‬
‫שהם יכולים להגיב גם עם מים‪ .‬בתגובה כזו‬
‫הקטון הופך ל‪ – geminal (gem) diol-‬שתי קבוצות ‪ OH‬תאומות‪.‬‬
‫לאחר סיפוח המים אנחנו טוענים שהמולקולה נמצאת במצב ממויים )שהכניסו לה מים(‪ .‬יש שיווי משקל‬
‫לריאקציית המיום‪ ,‬והוא נוטה לטובת המצב הקטוני‪ .‬התרכובת היחידה שבה יש עדיפות למצב הממויים‬
‫היא הפורמאלדהיד‪ ,‬האלדהיד הקטן ביותר‪.‬‬
‫בדרך כלל אלדהידים הם יותר ממויימים מאשר קטון; כמו כן ככל שהקטון יותר מסועף ומורכב הוא‬
‫נוטה לכיוון הקטוני מאשר לממויים‪.‬‬
‫המנגנון‬
‫מסתבר שבערך גבה נייטרלי )‪ (pH=7‬התהליך איטי מאוד; אולם בערך גבה חומצי – או בסיסי! – הוא‬
‫מהיר יותר מאשר במצב נייטרלי‪ .‬לפיכך ניתן לעשות את התהליך בקטליזה בסיסית וגם בקטליזה חומצית‪.‬‬
‫תכונה זו קיימת בתגובות רבות של קטונים ואלדהידים‪.‬‬
‫קטליזה בסיסית )משמאל(‬
‫בסביבה בסיסית קיימים במים יונים של ‪.OH-‬‬
‫במצב זה הנוקליאופיל הוא לא מים אלא‬
‫הידרוקסיד‪ ,‬שהוא נוקליאופיל מצויין‪ ,‬ולכן‬
‫הריאקציה יוצאת לפועל בקלות ובמהירות‪.‬‬
‫קטליזה חומצית )מימין(‬
‫בסביבה זו יש הרבה יונים של ‪ H3O+‬ואז יש‬
‫פרוטונים‪ .‬יש פרוטונציה של חמצן‪ ,‬ואז‬
‫הקרבונילים הופכים לכהלים‪ .‬הפעם אין לנו‬
‫נוקליאופיל טוב‪ ,‬אבל האלדהיד כעת השתפר בתור אלקטרופיל‪ :‬עקב רזוננס‬
‫בין המטען החיובי שעל החמצן‪ ,‬אנחנו מקבלים סיפוח של מים על ידי‬
‫האלקטרופיל ואז מקבלים ג'ם‪-‬דיול‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :19‬תרכובות קרבוניליות – קטונים ואלדהידים – המשך‬
‫‪199‬‬
‫סיפוח נוקליאופילי של חומצה ציאנית לאלדהידים וקטונים‬
‫כאשר מגיבים שני חומרים אלו אנחנו מקבלים‬
‫קשירה של הציאניד לפחמן ו‪ H-‬שנקשר לחמצן‪.‬‬
‫התוצר הזה‪ ,‬בשם כללי‪ ,‬נקרא ציאנוהידרין‪.‬‬
‫בעבר ראינו את החומצה הציאנית בתגובות ‪ ,SN2‬בהן‬
‫סיפחנו אותה לאלקיל הליד וזה איפשר לנו הארכה‬
‫של השרשרת הפחמנית בפחמן אחד‪ .‬עכשיו נכיר את‬
‫המנגנון של התגובה הזו‪.‬‬
‫מנגנון‬
‫אנחנו משתמשים בסביבה בסיסית‪ ,‬כדי שהבסיס יקח את הפרוטון מהחומצה הציאנית ויחשוף יותר יוני‬
‫ציאן‪ .‬הציאן תוקף את הפחמן הקרבונילי ומסופח אליו‪ ,‬קשר פאי נפרד מהחמצן‪ ,‬החמצן מקבל פרוטון‬
‫מהתמיסה ואז מתקבל הציאנוהידרין‪.‬‬
‫מבחינת שיווי משקל יש לרוב עדיפות לתוצר על פני המגיב בריאקציה זו‪.‬‬
‫שימושים של ציאנוהידרין‬
‫אם ניקח את הציאנוהידרין בסביבה חומצית ונחמם את התמיסה )זה סוג חימצון שכמעט לא פוגע בשום‬
‫דבר אחר(‪ ,‬אנחנו מקבלים חומצה קרבוקסילית‪ .‬אם נחזר אותו אנחנו נקבל אמינים‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪200‬‬
‫סיפוח נוקליאופילי של אמינים‬
‫אם לוקחים אלדהיד או קטון‬
‫ומגיבים אותו עם אמינים – בין‬
‫שהם אמין ראשוני או שניוני‪,‬‬
‫אך לא אמין שלישוני – הם‬
‫עוברים את התגובה הבאה‪.‬‬
‫בתגובה אנחנו רואים תופעה‬
‫מוזרה‪:‬‬
‫עד‬
‫כה‬
‫החמצן‬
‫הקרבונילי הפך ל‪ ;OH-‬במקום זאת עכשיו נוצר קשר כפול בין פחמן וחנקן )בתגובה עם אמין ראשוני(‪.‬‬
‫חומרים אלו מכונים אימינים )‪ .(imine‬בספרים ישנים יותר זה מכונה ‪.schiff-base‬‬
‫לעומת זאת אם מגיבים עם אמין שניוני‪ ,‬אנחנו רואים שיש רק קשר יחיד לחנקן אבל נוצר קשר כפול בין‬
‫הפחמנים‪ .‬חומר זה מכונה ‪ ,enamine‬ועליו לא נלמד מבחינת מנגנון‪.‬‬
‫מנגנון ליצירת אימינים‬
‫אמין ראשוני תוקף את הפחמן הקרבונילי‪ .‬זוג אלקטרונים מהקשר הכפול עוברים לחמצן‪ ,‬שנושא עכשיו‬
‫מטען שלילי‪ .‬על החנקן יש מטען חיובי‪ .‬תוצר הביניים הזה מאוד לא יציב בגלל המטענים האלה‪ ,‬ולכן‬
‫מתרחש תהליך ‪ :proton transfer‬אחד מהמימנים שעל החנקן יורד ומתווסף לחמצן‪.‬‬
‫זה התהליך שהכרנו עד כה‪ ,‬שבו בסופו של דבר קיבלנו משהו שנראה יציב; תוצר הביניים הזה הוא‬
‫‪ ,carbinol amine‬והוא למעשה תוצר ביניים שיכול היה לסיים את המולקולה‪ .‬הבעיה היא שאם הסביבה‬
‫היא טיפה חומצית‪ ,‬הריאקציה ממשיכה הלאה‪ :‬פרוטונים מהתמיסה עושים פרוטונציה נוספת לחמצן‬
‫והופכים את קבוצת הכהל לקבוצה של מים‪ ,‬קבוצה עוזבת טובה‪.‬‬
‫עם העזיבה של הקבוצה‪ ,‬לפחמן של הקרבוניל יהיה חסר קשר‪ ,‬ואז החנקן עם זוג האלקטרונים שלו ייצור‬
‫עם הפחמן קשר כפול‪ .‬למעשה החנקן דוחף את התגובה הזו‪ ,‬וזה מתאפשר כי האלקטרונים של החנקן הם‬
‫בסיסיים‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :19‬תרכובות קרבוניליות – קטונים ואלדהידים – המשך‬
‫‪201‬‬
‫זהו שלב מוזר‪ ,‬שלא מוכר לנו מנוקליאופילים קודמים‪ .‬לאחר שנוצר הקשר הכפול‪ ,‬החנקן מסלק את‬
‫המימן הנוסף שלו ומתקבל התוצר‪.‬‬
‫בגרף הבא רואים את קצב הריאקציה כפונקציה של ערך הגבה‪.‬‬
‫בערך גבה נייטרלי כמעט ולא קורה כלום; אנחנו צריכים יוני‬
‫פרוטון כדי שיהיה ‪ proton transfer‬וכדי שהם יוציאו את המים‬
‫החוצה‪ .‬אם נחמיץ את התמיסה‪ ,‬הקצב של התגובה יעלה אבל‬
‫בהחמצת יתר הריכוז של האמוניה שצריכה לתקוף יהיה נמוך‬
‫יותר‪ ,‬כי אמוניה תגיב כבסיס בתגובת סתירה ותהפוך ליוני‬
‫אמוניום )‪.(NH4+‬‬
‫נגזרות של אימינים‬
‫•‬
‫אוקסים )‪ – (Oxime‬חומרים עם קשר כפול לחנקן שגם קשור לחמצן‪.‬‬
‫•‬
‫מגיבים אמין ראשוני עם אצטון‪ ,‬יוצר קשר כפול ואז מקבלים תוצר שהוא חלק מסינתזה ביוכימית‪.‬‬
‫החומרים האלה חשובים במיוחד בסינתזות אנזימטיות‪.‬‬
‫עמדת פחמני ומימני ‪α‬‬
‫סיימנו עם תהליכי סיפוח עם הפחמן הקרבונילי; ראינו אצטאלים‪ ,‬המיאצטאלים‪ ,‬דיולים‪ ,‬ציאנוהידרינים‬
‫ואימינים‪ .‬אבל ישנן תגובות נוספות שאנחנו יכולים לעשות‪ ,‬והן מתרחשות באיזור נוסף של נקודת תורפה‬
‫במולקולה – איזור מימני ‪ .α‬מימנים אלו‪ ,‬שיושבים על הפחמנים השכנים לפחמן הקרבונילי‪ ,‬יש להם‬
‫מטען קצת חיובי והם קצת חומציים; לכן‬
‫בתנאים מסויימים אפשר לעשות תגובה‬
‫שמתמקדת בהם ולא בפחמן הקרבונילי‪.‬‬
‫אם הפחמן הקרבונילי מסועף מאוד‪ ,‬אנחנו‬
‫נראה בהרבה מקרים שהתגובה מתרחשת‬
‫על המימן של פחמן ‪ α‬ולא על הפחמן‬
‫הקרבונילי; במצב זה אנחנו מקבלים סט‬
‫שונה של תגובות‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫‪202‬‬
‫אם מסתכלים על קטון או אלדהיד‪ ,‬אנחנו רואים שהם מקיימים שיווי משקל בין מצב אנולי וקטוני‪ .‬זהו‬
‫מצב שיוצר טאוטומריה‪ ,‬מעבר אנול‪-‬קטון‪ .‬הטאוטומריה היא מאוד מהירה‪ ,‬אבל בגלל שהאנולים קיימים‬
‫בה אפשר להתייחס אליהם כמעין תוצר ביניים – כי אם חומר מסויים יתפוס אותם‪ ,‬הם יכולים להגיב‬
‫הלאה‪ .‬למשל‪ ,‬אם יש אלקטרופילים בסביבה‪ ,‬הם יכולים לספח את האלקטרופיל במקום המימן‪.‬‬
‫אם האלקטרופיל הוא פרוטון אנחנו למעשה חוזרים בחזרה‪.‬‬
‫תגובה אחרת היא בסביבות בסיסיות‪ ,‬בהן הבסיס סותר את מימן ‪ .α‬אם המימן יוצא‪ ,‬הפחמן הופך להיות‬
‫בעל מטען שלילי‪ .‬הוא למעשה פחמן ‪ SP2‬עם אורביטל ‪ P‬שמכיל אלקטרונים; גם הפחמן הקרבונילי הוא‬
‫‪ SP2‬בגלל הקשר הכפול לחמצן‪ .‬כתוצאה מכך נוצר רזוננס‪.‬‬
‫היון הזה שנוצר הוא לא יציב‪ ,‬אבל הוא יכול להגיב עם אלקטרופילים שגם בהם אנחנו יכולים לספח‬
‫פנימה את האלקטרופילים‪ .‬מסלול זה הוא המסלול שעובר דרך יון האנולאט )שהוא המסלול העליון‪ ,‬והיון‬
‫שנוצר מעזיבת המימן ‪.(α‬‬
‫טאוטומריה של קטו‪-‬אנול‬
‫מעבר בין מצבים של קטון ואנול‬
‫במולקולה‪ .‬המולקולה נמצאת בשיווי‬
‫משקל עם נטייה חזקה מאוד לכיוון‬
‫הצורה הקרבונילית‪.‬‬
‫קצת טריוויה‪ :‬ב‪ RNA-‬קיים הבסיס יורידין‪ .‬במולקולה זו יש חנקן עם ‪ NH‬ושני פחמנים קרבונילים בתוך‬
‫הטבעת‪ .‬המימן שעל החנקן‪ ,‬בהרבה מקרים‪ ,‬עובר טאוטומריה עם הקרבוניל‪ ,‬ואז נוצר קשר כפול בין חנקן‬
‫ופחמן קרבונילי‪ .‬למרות שהמצב הקטוני‪ ,‬ולא האנולי‪ ,‬הוא היציב‪ ,‬אם אנזימים כמו פולימראז תופסים בטעות‬
‫יורידין במצב האנולי הם יכולים להזיק לבניית של הגדיל‪.‬‬
‫תהליך הטאוטומריה‬
‫בקטליזה חומצית‬
‫בקטליזה חומצית‪ ,‬חומצה עושה פרוטונציה לחמצן‪ ,‬ואנחנו‬
‫מקבלים מצב של ‪ OH‬עם קשר כפול לפחמן קרבונילי‪ .‬אבל יש‬
‫פה רזוננס כאשר המטען החיובי )שבמקורו נמצא על החמצן(‬
‫יכול לעבור לפחמן הקרבונילי‪.‬‬
‫בשלב הבא מגיע הבסיס )‪ .(A-‬הבסיס תוקף את המימן ‪α‬‬
‫החומצי‪ ,‬הוא יוצא החוצה‪ ,‬זוג האלקטרונים יוצר קשר כפול עם‬
‫הפחמן הקרבונילי שנושא חלק מהמטען החיובי‪ ,‬ואנחנו מקבלים‬
‫את האנול‪.‬‬
‫התהליך הזה דומה מאוד לתהליך האלימינציה שנעשה על‬
‫קרבוקטיונים – כלומר המנגנון די דומה לריאקציה של ‪ .E1‬משום‬
‫כך ריאקציות של אנולים דומות לריאקציות של אלקנים‪.‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫שיעור ‪ :19‬תרכובות קרבוניליות – קטונים ואלדהידים – המשך‬
‫‪203‬‬
‫בקטליזה בסיסית )משמאל(‬
‫יוני ה‪ OH--‬הם בסיסיים‪ ,‬תוקפים ישירות את המימן‪ .‬פחמן ‪α‬‬
‫נושא מטען שלילי‪ ,‬אבל יכול לקיים רזוננס; זהו למעשה יון‬
‫האנולאט‪ ,‬והתגובה המתרחשת דומה ל‪.E2-‬‬
‫מה עושים עם אנולים?‬
‫אלפא‪-‬הלוגנציה )מימין(‬
‫אם נגיב אלקן עם הלוגן‬
‫כלשהו‪ ,‬למשל ‪ ,Cl2‬אנחנו‬
‫יודעים שאחד הכלורידים‬
‫מושרה בדיפול חיובי רגעי‪ ,‬מתנתק ומותקף על ידי הקשר הכפול‪,‬‬
‫ואז מסופח לפחמן‪ .‬בשלב השני הכלוריד השני נכנס לפחמן השני‪.‬‬
‫כאן זה די דומה‪:‬‬
‫האלקטרופיל מותקף על ידי הקשר הכפול של האנול‪,‬‬
‫האלקטרופיל נכנס לפחמן ‪ ,α‬יש ארגון מחדש של המולקולה‬
‫ואנחנו מסיימים עם אחד מהאלקטרופילים בלבד‪.‬‬
‫משמעות הדבר היא שבהתקפה של הלוגנים‪ ,‬אנחנו מקבלים‬
‫התמרה על ידי אטום הלוגן אחד בלבד‪ ,‬אין סיפוח של מולקולת‬
‫ההלוגן כולה לתוך האנול‪.‬‬
‫שימו לב‪ :‬כאן אין עדויות להיווצרות של יון ברומוניום שתופס את‬
‫שני הפחמנים‪.‬‬
‫בתמונה משמאל רואים פירוט של‬
‫אלפא‪-‬הוגנציה‪:‬‬
‫התגובה הזו עובדת הרבה יותר טוב‬
‫עם מתיל‪-‬קטונים‪ ,‬כלומר קטון שבו‬
‫אחד ה‪ R-‬הוא מתיל‪.‬‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫‪204‬‬
‫כימיה אורגנית סיכומים‬
‫מנגנון התמרה אלקטרופילית‬
‫בתגובה זו אנחנו רואים תגובה של קטון עם ברום‪,‬‬
‫בקטליזה חומצית‪.‬‬
‫המימן מהחומצה עושה פרוטונציה לחמצן וכתוצאה‬
‫מכך אנחנו מקבלים את האנול‪ .‬באיור רואים באמצע‬
‫את המעבר מקטון לאנול – כאשר שיווי המשקל הוא‬
‫לטובת קטון‪.‬‬
‫כאשר מכניסים את הברום‪ ,‬לעומת זאת‪ ,‬הוא יכול‬
‫להגיב רק עם האנול‪ .‬מולקולת הברום מותקפת על‬
‫ידי הקשר הכפול באנול‪ ,‬הברום נקשר לפחמן‪,‬‬
‫הקשר הכפול נפתח והפחמן הקרבונילי מקבל מטען‬
‫חיובי ומקיים רזוננס‪.‬‬
‫באלקנים‪ ,‬בשלב הזה היה מגיע ברום‪-‬מינוס וסוגר‬
‫את המולקולה; אולם עוד לפני שזה קורה‪ ,‬המימן‬
‫עוזב את החמצן‪ ,‬נוצר קשר כפול בין פחמן לחמצן‪,‬‬
‫והמולקולה נסגרת ללא סיפוח של עוד ברומיד‪.‬‬
‫משום כך זוהי התמרה ולא סיפוח‪.‬‬
‫לתרגומי מאמרים ועבודות מעברית לאנגלית ואנגלית‬
‫לעברית‪ ,‬במחירים אטרקטיביים לסטודנטים‪:‬‬
‫חמוטל בן דב ‪[email protected]‬‬
‫חמוטל בן דב וברקאי פלום‬
‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬